基于北极冰区的破冰船破冰荷载极值预测研究

发布时间：2024-03-26 21:31

　　随着全球经济的发展,世界各国对自然资源的需求正逐日递增。极地地区蕴藏着丰富的自然资源,是未来世界各国之间博弈的战略制高点。优越的船体性能是保障极地资源充分开发的前提。对于服役于冰区航行的船舶,冰荷载预测问题是船体结构设计和安全评定的关键基础问题。实际上,船与海冰的相互作用过程十分复杂,作用在船体上的冰荷载及海冰条件均具有很强的随机性。然而,现有经典的破冰船破冰荷载计算方法均为确定性分析,无法反映冰荷载的随机性。为了合理地评估破冰船在冰区航行时的破冰荷载,本文考虑了海冰厚度及破冰荷载的随机性,根据北极冰区海冰厚度的实测数据建立了厚度随空间变化的虚拟冰场,基于数值仿真模型获取了足够数量的冰荷载样本数据,并采用极值预测方法实现了对破冰船破冰荷载极值的预估。具体内容如下:首先,统计分析北极地区海冰厚度实测数据,利用非参数估计法确定海冰厚度的分布规律,确定其概率密度函数,并利用K-S检验法检验拟合优度;基于概率密度函数,使用蒙特卡洛模拟中的舍选抽样法生成足够数量的海冰厚度数据,建立虚拟冰场数据模型。其次,基于虚拟冰场数据模型,开展破冰船在虚拟冰场中航行过程的数值仿真;利用经典的理论计算方法对船与...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的背景与意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的背景及意义
        1.1.3 破冰船简介
    1.2 国内外关于破冰船破冰荷载的研究方法
        1.2.1 试验法
        1.2.2 理论分析与经验公式法
        1.2.3 数值仿真法
        1.2.4 结合概率与统计思想的研究方法
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 北极海冰环境下的虚拟冰场数据模型
    2.1 引言
    2.2 北极海冰的种类
    2.3 海冰的物理力学性质
    2.4 虚拟冰场数据模型的构建方法
        2.4.1 估计样本概率密度函数的方法
        2.4.2 拟合优度检验
        2.4.3 蒙特卡洛模拟
    2.5 北极冰区海冰厚度概率密度函数的估计及检验
        2.5.1 海冰厚度概率密度函数的核密度估计
        2.5.2 核密度估计函数的拟合优度检验
    2.6 舍选抽样法获取虚拟冰场海冰厚度数据
    2.7 本章小结
第3章 虚拟冰场下破冰船航行过程的数值仿真
    3.1 引言
    3.2 冰区破冰船破冰过程分析
    3.3 破冰船与虚拟冰场相互作用数值模型的建立
        3.3.1 有限元软件简介
        3.3.2 建立破冰船与虚拟冰场的几何模型
        3.3.3 单元类型选择
        3.3.4 材料模型选择
        3.3.5 网格划分
        3.3.6 边界条件与施加荷载
        3.3.7 接触模型选择
    3.4 数值模型可靠性验证
        3.4.1 网格精度分析
        3.4.2 与现有经典公式的对比分析
    3.5 破冰船与虚拟冰场相互作用数值模拟结果分析
        3.5.1 破冰船整体冰荷载分析
        3.5.2 破冰船局部冰荷载分析
    3.6 本章小结
第4章 破冰船破冰荷载极值预测
    4.1 引言
    4.2 极值预测方法
        4.2.1 峰值幅度法
        4.2.2 渐进法
    4.3 直行状态下的冰荷载极值预测
        4.3.1 峰值幅度法预测破冰船直行状态下的冰荷载极值
        4.3.2 渐进法预测破冰船直行状态下的冰荷载极值
        4.3.3 破冰船直行状态下不同区域的冰荷载极值变化范围
        4.3.4 两种方法的影响因素分析
    4.4 渐进法预测回转状态下的冰荷载极值
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3939707