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气垫平台破冰阻力的模型试验研究

力学学报 2021年第3期53卷 714-727页

作者：黄焱孙策田育丰天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学港口与海洋工程天津市重点实验室天津300350

通过开展低温拖曳冰水池物理模型试验,测试气垫平台在遭遇平整冰时的破冰过程和破冰阻力.在模型试验中,以一座现役破冰气垫平台为原型,建立了合理的模型试验相似律.依据相似律分别对原型平台的结构框架、气道结构、围裙结构和垫升系统... 详细信息

通过开展低温拖曳冰水池物理模型试验,测试气垫平台在遭遇平整冰时的破冰过程和破冰阻力.在模型试验中,以一座现役破冰气垫平台为原型,建立了合理的模型试验相似律.依据相似律分别对原型平台的结构框架、气道结构、围裙结构和垫升系统等部分进行了模拟,从而得到一套与原型平台结构型式和垫升机制相似的模型平台.模型平台在试验拖车的拖曳下通过低温冰水池中的模型冰排,分别以垫升高度和航行速度为试验参数,对不同试验工况下气垫平台的破冰过程进行测试.通过对模型试验现象和结果的分析,深入解析了气垫平台的破冰过程,揭示了气垫平台的破冰机理.通过试验发现,非全垫升状态更有利于模型平台的破冰作业.气垫平台破冰的关键机理是在冰排底部形成稳定的气腔,从而促使冰排在结构的下压作用和气腔的上顶压力下发生弯曲破坏.在试验中测试了气垫平台破冰风压随结构姿态的变化,在时频域内对风压的变化情况进行了分析,并讨论了风压随航行速度的变化规律.以此为基础,对气垫平台破冰阻力随垫升高度和航行速度的变化规律进行分析,从而为该类气垫平台的结构设计和操船方法提供必要的基础性数据和参考依据.

关键词：气垫平台模型试验破冰过程破冰阻力垫升高度

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基于近场动力学的破冰阻力预报方法研究

哈尔滨工程大学学报 2021年第1期42卷 1-7页

作者：王超曹成杰熊伟鹏叶礼裕汪春辉哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探究破冰航行过程中海冰破坏规律及船舶的破冰阻力,本文基于船-冰接触判别算法和近场动力学方法建立破冰阻力预报模型。并同模型试验结果进行对比,结果表明:预报模型能够有效地模拟船-冰相互作用下的海冰破碎过程,并实现3 kn航速下... 详细信息

为了探究破冰航行过程中海冰破坏规律及船舶的破冰阻力,本文基于船-冰接触判别算法和近场动力学方法建立破冰阻力预报模型。并同模型试验结果进行对比,结果表明:预报模型能够有效地模拟船-冰相互作用下的海冰破碎过程,并实现3 kn航速下破冰阻力预报结果误差为10.08%。在此基础下,开展不同航速下破冰阻力预报工作,发现随着航速的增加,因弯曲破坏形成的碎冰尺寸更加细小,导致冰层断裂破坏所需的能量增加,从而引起破冰阻力的增大。

关键词：破冰阻力近场动力学 PMB本构函数船-冰相互作用冰层断裂接触判别层冰模型试验

冰区船首部连续破冰模式下破冰阻力模型试验研究

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中国造船 2021年第3期62卷 103-113页

作者：刚旭皓田于逵季少鹏国威寇莹余朝歌中国船舶科学研究中心无锡214082

在众多冰区航行船舶冰阻力预报的方法中,冰水池模型试验是最为准确和可靠的一种方法。论文依托中国船舶科学研究中心小型冰水池,设计了一条破冰船船首模型,开展了不同航速下的层冰试验和预切割冰试验,研究冰阻力与速度的相关性。通过船... 详细信息

在众多冰区航行船舶冰阻力预报的方法中,冰水池模型试验是最为准确和可靠的一种方法。论文依托中国船舶科学研究中心小型冰水池,设计了一条破冰船船首模型,开展了不同航速下的层冰试验和预切割冰试验,研究冰阻力与速度的相关性。通过船首模型总冰阻力和不同部位冰阻力的精细测量,提取冰阻力的不同成分,分析总冰阻力与各分量之间的关系。利用水下摄录像系统,观测冰层破坏过程和破坏模式,分析船首-冰相互作用与破冰阻力的形成机理。研究结果可为冰区船性能预报与船型优化提供参考。

关键词：冰区航行船舶破冰船首模型试验破冰阻力冰水池

基于流固耦合方法的船舶破冰阻力参数敏感性研究

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船舶力学 2019年第11期23卷 1284-1293页

作者：刘为民涂勋程谷家扬陶延武张忠宇江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003 重庆前卫科技集团有限公司重庆401121 江苏科技大学海洋装备研究院江苏镇江212003

本文基于带有塑性应变失效准则的弹性断裂失效模型建立平整冰有限元模型,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶在平整冰条件下航行的冰载荷开展了数值模拟,选取航速和平整冰厚度作为敏感性参数,分析了参数变化对破冰阻力的影响。研究发现:各... 详细信息

本文基于带有塑性应变失效准则的弹性断裂失效模型建立平整冰有限元模型,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶在平整冰条件下航行的冰载荷开展了数值模拟,选取航速和平整冰厚度作为敏感性参数,分析了参数变化对破冰阻力的影响。研究发现:各方向上的冰载荷在时域上均存在一定的周期性,冰层在船艏撞击和浮力作用下,通常以多种破坏模式的混合方式同时出现;船舶在平整冰环境下的破冰阻力随航速和冰厚的提高基本呈线性增加的趋势,不同航速及冰厚条件下的破冰阻力数值计算结果与Lindqvist经验值的误差分别在-7.5%~13.1%和-10.8%~19.4%范围内,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶破冰阻力进行预报具有较高精度。

关键词：流固耦合破冰阻力参数敏感性分析

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基于半经验公式方法的破冰船破冰阻力计算

船舶工程 2020年第9期42卷 14-18,85页

作者：刘晓王峰中国船级社天津分社天津300457 台州市港航口岸和渔业管理局浙江台州318000

传统Lindqvist半经验公式存在将不同船型阻力的计算结果均一化的缺点,文章基于船首不同区域的海冰破坏模式,采用船体纵向切片法对传统Lindqvist半经验公式进行了改进。通过将传统及改进后的半经验公式计算结果与模型试验结果进行比较,... 详细信息

传统Lindqvist半经验公式存在将不同船型阻力的计算结果均一化的缺点,文章基于船首不同区域的海冰破坏模式,采用船体纵向切片法对传统Lindqvist半经验公式进行了改进。通过将传统及改进后的半经验公式计算结果与模型试验结果进行比较,验证了改进的Lindqvist半经验公式计算结果的有效性和正确性。进而通过半经验公式计算方法,研究船速和船舶吃水对船体所受破冰阻力的影响。结果表明,改进的Lindqvist半经验公式计算结果明显高于传统Lindqvist半经验公式,与试验值更为接近;船舶破冰阻力随船速呈近似线性增长的趋势,随船舶吃水的增加呈现减小的趋势。

关键词：破冰船破冰阻力改进 Lindqvist半经验公式船舶吃水

破冰型大型航标船线型开发设计及破冰阻力评估

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船舶工程 2020年第9期42卷 1-5页

作者：叶昊孙剑桥黄焱中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

结合北海航海保障中心大型航标船的破冰功能需求,为目标船选取合理的推进功率,并对该船具有破冰功能特点的线型设计进行分析论述。同时,运用破冰阻力经验公式对该船在一定冰厚和航速下的破冰阻力进行估算,结合冰池试验结果对破冰阻力数... 详细信息

结合北海航海保障中心大型航标船的破冰功能需求,为目标船选取合理的推进功率,并对该船具有破冰功能特点的线型设计进行分析论述。同时,运用破冰阻力经验公式对该船在一定冰厚和航速下的破冰阻力进行估算,结合冰池试验结果对破冰阻力数据进行对比分析,并进行冰区航行的快速性评估。

关键词：大型航标船型线设计破冰阻力冰池试验

考虑流固耦合作用的船舶破冰阻力预报及结构响应研究

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考虑流固耦合作用的船舶破冰阻力预报及结构响应研究

作者：王凯民江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来,北极资源开发和与之相关的北极航线建设成为世界热点问题。对我国而言,在“一带一路”战略背景下,精心打造的“冰上丝绸之路”不仅能减少常规海上运输的成本和时间,而且将大大提高我国在国际贸易上的影响力。随着船舶在极地冰覆... 详细信息

近年来,北极资源开发和与之相关的北极航线建设成为世界热点问题。对我国而言,在“一带一路”战略背景下,精心打造的“冰上丝绸之路”不仅能减少常规海上运输的成本和时间,而且将大大提高我国在国际贸易上的影响力。随着船舶在极地冰覆盖海域中的运输和勘探活动日益频繁,对破冰船和具有破冰能力的极地船舶市场的需求也必将日益增加。目前,虽然大多数学者通过附加质量法和流固耦合对船-冰碰撞进行了相关研究,但只有少数研究集中在附加质量法和流固耦合法相对于破冰船破冰过程以及结构损伤之间的差异,同时更缺乏一种有效预测破冰船艏部极端应力的方法。基于上述原因,本文一方面基于经验公式和ALE流固耦合算法对船舶破冰阻力预报研究,另一方面对水介质中破冰船艏部结构响应及极端应力进行了研究。对快速计算破冰阻力,并为船体结构设计和优化提供依据有着重要的意义。本文的主要工作如下:(1)基于不同方法的冰载荷计算研究。主要包括对海冰的形成与分类、物理力学特性进行了归纳整理。同时对船舶破冰时冰的失效模式进行了整理分析,并利用不同计算模型和规范对破冰船在不同破冰场景下所受冰载荷进行了对比分析。(2)基于ALE流固耦合算法在船冰碰撞中的应用研究。对非线性有限元软件LS-DYNA中ALE算法中的一些基本原理进行描述,选取并验证了合适的冰材料。最后通过水介质中冰体与船体板架碰撞的数值仿真和模型试验相对比,验证了该方法在船-冰碰撞仿真中的适用性。(3)水介质中船舶破冰阻力预报研究。首先主要基于不同的经验公式模型对破冰船所受冰阻力进行了估算,然后对各经验公式中的主要参数进行了敏感性分析。最后基于ALE算法对破冰船在水介质中所受冰阻力进行了数值仿真计算,并将经验公式和数值仿真计算的冰阻力进行对比,以验证对冰阻力预报的适用性和准确性。(4)水介质中破冰船艏部结构响应及极端应力预测研究。首先基于流固耦合法对船舶破冰进行了数值仿真计算,分析了水域流场对破冰船艏部的影响变化。然后与附加质量法计算下的破冰船艏部的损伤变形、局部压力和碰撞力大小等方面差异进行了比较,揭示水介质对船舶破冰过程的影响规律。最后将数值仿真结果和Naess-Gaidai尾部外推方法相结合,对破冰船艏部极端应力进行了预测。

关键词：破冰船流固耦合破冰阻力结构响应极端应力

同方学位论文库评论

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破冰船直航状态破冰阻力计算方法研究

破冰船直航状态破冰阻力计算方法研究

第十九届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：李亮王伟韩光淳孟祥斌马海冲哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室

随着极地科学研究战略的提出,冰区船舶结构设计和航运性能分析引起了人们更多的重视,特别是对破冰船破冰阻力的研究尤其重要。基于弹性基础弹性板理论,利用半无限长弹性地基板与无限长弹性地基板的叠加组合,采用海冰Mohr-coulomb破坏准... 详细信息

随着极地科学研究战略的提出,冰区船舶结构设计和航运性能分析引起了人们更多的重视,特别是对破冰船破冰阻力的研究尤其重要。基于弹性基础弹性板理论,利用半无限长弹性地基板与无限长弹性地基板的叠加组合,采用海冰Mohr-coulomb破坏准则,对现有的破冰船破冰阻力Lindqvist公式进行了修正,建立了破冰船直行状态破冰阻力计算模型。利用破冰阻力计算模型,将修正的Lindqvist公式计算结果和Lindqvist公式计算结果、试验结果进行了对比分析,验证了计算模型的有效性。同时,分析了海冰厚度和船艏倾角等参数对破冰阻力的影响规律。建立的破冰船破冰阻力计算模型,具有一定的实际应用价值,为以后破冰船结构设计提供参考。

关键词：破冰船破冰阻力理论模型船艏倾角海冰冰厚

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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某型破冰船阻力性能优化研究

某型破冰船阻力性能优化研究

作者：潘栎光哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在极地海冰消融的背景下,连通亚欧和北美的北极航线逐渐获得开发利用,破冰船作为对极地地区进行探索开发的重要装备,其外形型线会影响船冰碰撞时冰阻力的大小,破冰能力又与冰阻力有直接关系,决定着破冰船的主要性能。“雪龙号”作为中... 详细信息

在极地海冰消融的背景下,连通亚欧和北美的北极航线逐渐获得开发利用,破冰船作为对极地地区进行探索开发的重要装备,其外形型线会影响船冰碰撞时冰阻力的大小,破冰能力又与冰阻力有直接关系,决定着破冰船的主要性能。“雪龙号”作为中国第三代极地破冰船,其航线是从上海港出发到北极,途径区域绝大部分是开阔水域,敞水航行时间占总航行时间的90%以上,因此基于敞水阻力的优化设计也极为重要。由于船型阻力优化设计过程存在复杂性,传统船舶优化设计的方法不够快捷智能,因此对于基于破冰船的敞水和破冰阻力协调优化开展了分析和研究。针对“雪龙号”极地破冰船,采用参数化型线的方法,对已有船型进行参数化变形,针对敞水阻力和破冰阻力两个优化目标,选择不同的船型变形参数增强了优化的针对性。针对参数化建模的破冰船,采用基于雷诺平均法的阻力数值模拟、改进Lindqvist破冰阻力经验公式与机器学习相结合的方法,建立相应的预测模型来构建优化设计框架,基于该框架开展船型优化工作,获得敞水阻力和破冰阻力得到改进的船型。对优化求解后的船型使用不同的优化参数进行分析,为性能优化后的船舶选型提供相应的参考或建议,同时通过软件搭接,丰富了优化样本,简化了优化流程。基于该船型优化方法获得的优化船型,与初始船型相比,其敞水和破冰阻力性能与原始船型相比均获得了不同程度的改善,两种阻力性能都得到改善的优化船型的敞水阻力最大降低0.9%、破冰阻力最大降低3.1%,反映了该优化方法对于破冰船型优化设计具有可行性,该优化系统也可根据不同的船型优化目标,通过改变设置变量进行其他目标的优化,为船型多目标优化提供了一个系统的优化方案流程。

关键词：破冰阻力船型优化多目标优化参数化建模