冰块尺寸对碎冰区船舶结构冰阻力影响的离散元分析

来源：计算力学学报杂志2024年第5期北京时间：

作者：张鑫奥,俞赟,杨冬宝,刘璐,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,中国船舶及海洋工程设计研究院, 上海 200011,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 船舶工程学院, 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

摘要：船舶在碎冰区航行时的冰阻力会影响船舶的安全性和航行性能。本文以雪龙号破冰船为研究对象,采用三维离散元方法对碎冰环境下船体结构冰阻力进行数值模拟。基于随机生成算法对不规则形状的碎冰区进行参数化建模以形成复杂的碎冰初始场,同时考虑海水对船体结构的作用力建立船体碎冰阻力的计算模型,并将离散元计算结果与碎冰区DuBrovin冰阻力计算公式进行对比。在此基础上将冰块尺寸进行无量纲化,研究不同冰厚和航速下冰块尺寸对碎冰阻力的影响规律。以平整冰区船体冰阻力的Lindqvist公式为参照,得到碎冰向平整冰转化的临界尺寸。该浮冰临界尺寸可作为识别碎冰区与平整冰的判据。本文研究工作可为船舶在极地冰区的安全航行提供一定的参考。

关键词：破冰船,离散元方法,碎冰区,冰块尺寸,冰阻力,

基金资助：国家自然科学基金(42176241;U20A20327);工信部极地船舶专项(CBG2N21-2-3)资助.