极地海冰动力过程的多面体离散元方法

来源：计算力学学报杂志2024年第4期北京时间：

作者：李继,王嗣强,王安良,季顺迎

单位：大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,国家海洋环境预报中心, 北京 100081,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024

摘要：极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测,由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟,近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰,通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率,采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力,由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟,并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性,再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力,最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明,极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程,并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。

关键词：海冰动力学,离散元方法,冰脊模型,海冰断裂,

基金资助：国家自然科学基金(52192693;52192690;42176241);工信部高性能船舶专项(2021-342)资助项目.