【摘 要】
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北极地区具有丰富的资源和极高的科考价值,随着全球变暖,北极冰雪面积日益减少,北极航道开辟成为热点问题。开辟冰区航道离不开破冰船,然而目前各国对于破冰船的研究不够充分,破冰船设计尚未有统一的规范,因此研究破冰过程对于保障破冰船的结构安全非常重要。而冲撞式破冰是破冰船应对恶劣冰情,完成其既定开道、护航、救援任务的重要技术手段,如何准确高效地模拟船冰碰撞问题是破冰船结构设计的重要命题,也是近年来的研究难
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北极地区具有丰富的资源和极高的科考价值,随着全球变暖,北极冰雪面积日益减少,北极航道开辟成为热点问题。开辟冰区航道离不开破冰船,然而目前各国对于破冰船的研究不够充分,破冰船设计尚未有统一的规范,因此研究破冰过程对于保障破冰船的结构安全非常重要。而冲撞式破冰是破冰船应对恶劣冰情,完成其既定开道、护航、救援任务的重要技术手段,如何准确高效地模拟船冰碰撞问题是破冰船结构设计的重要命题,也是近年来的研究难点之一。本文结合某万吨级PC3冰级破冰船,开展了冲撞式破冰过程的相关研究,主要内容包括;1.总结了船冰碰撞问题的研究现状与研究方法,介绍了海冰的力学特性以及常用的海冰材料模型;根据海冰力学特性选用了一种新的海冰材料模型,并采用该模型进行冰台撞击刚性墙数值模拟,通过与国际标准化委员会（ISO）推荐的压强-面积曲线的对比,验证了采用该海冰材料模型进行船冰碰撞模拟的正确性。2.基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟破冰船单次冲撞式破冰中的结构响应,分析比较了不同撞击速度、层冰厚度下碰撞力、船艏构件损伤变形、能量吸收变化规律。3.模拟了破冰船多次冲撞式破冰过程。研究了倒车后二次冲撞同一块厚冰层、二次冲撞不同冰层、以不同速度组合三次冲撞式破冰和多次（大于三次）冲撞式破冰中的冰力情况与船艏结构的损伤和吸能规律。4.基于CCS极地船级规范,设计不同方案的船艏骨材结构,研究结构的损伤和吸能情况,总结不同形式和尺寸的骨材对船冰碰撞响应的影响规律,对破冰船设计提出相应建议。
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