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哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 204-212页

作者：王晓雪张秀凤刘兆春孟耀浙江师范大学工学院浙江金华321004 大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为研究破冰船在平整冰区所做的直航连续式破冰作业,本文通过非线性显式的有限元方法,模拟了“雪龙2号”科考船在平整冰中的连续破冰过程,分析了船体所受碰撞力特性以及能量变化,并利用破冰船Terry Fox号船模水池试验与“雪龙2号”无量... 详细信息

为研究破冰船在平整冰区所做的直航连续式破冰作业,本文通过非线性显式的有限元方法,模拟了“雪龙2号”科考船在平整冰中的连续破冰过程,分析了船体所受碰撞力特性以及能量变化,并利用破冰船Terry Fox号船模水池试验与“雪龙2号”无量纲化冰阻力系数的数值计算结果对比,证明了本文数值计算的可靠性;本文数值计算结果与经验公式进行对比分析,误差在20%之内,进一步验证了本文数值模拟的正确性;利用“雪龙2号”简化后的楔形体模型,本文研究了船体不同速度、不同破冰角度以及平整冰厚度时船-冰碰撞的响应特性,定性分析了不同工况下的船-冰碰撞过程中船舶受到的碰撞力、能量损耗等规律。同时,利用简化模型楔形体对船舶破冰阻力的参数敏感度进行研究,有利于获得破冰阻力随多参数变化的规律,将在不同工况下得到的破冰阻力平均值利用矩形域最小二乘法曲面拟合出破冰阻力公式。建立适用于运动数学模型实时解算的破冰阻力离线数据库,利用插值方法实时获得冰阻力,为冰区航海模拟器船舶运动数学模型中的冰阻力计算提供一定参考。

关键词：冰区船舶平整冰有限元分析船-冰碰撞数值仿真航海模拟器

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基于模型试验的气垫船低速破冰机理研究

船舶力学 2021年第8期25卷 1010-1020页

作者：黄焱侯月阳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

为探索气垫船低速航行时的破冰机理,在低温拖曳冰水池中开展了系列模型试验研究。在模型试验中,以一艘内河自航气垫破冰船为原型,分别基于弗汝德和柯西相似准则建立了合理的模型试验相似体系。结合原型结构信息和实验室条件,确定了适当... 详细信息

为探索气垫船低速航行时的破冰机理,在低温拖曳冰水池中开展了系列模型试验研究。在模型试验中,以一艘内河自航气垫破冰船为原型,分别基于弗汝德和柯西相似准则建立了合理的模型试验相似体系。结合原型结构信息和实验室条件,确定了适当的模型比尺,从而加工制作了与原型结构相似的气垫船模型。气垫船模型同样由垫升风机、气道结构、支撑结构和围裙结构四部分组成。在各组试验中,调节气垫船模型的垫升高度,在试验拖车驱动下以相同的航速穿过模型冰排,并在试验过程中使用测力传感器和压力传感器测量结构的航行阻力和垫升压力。通过细致观察气垫船模型与模型冰排的相互作用过程,结合测得的航行阻力和垫升压力,解析了气垫船的破冰过程,揭示了气垫船在低速航行时破冰的关键机理。通过试验发现,气垫船只有达到一定吃水深度时才能有效破冰。气垫船低速航行时的破冰机理是在冰下形成稳定的气腔,促使冰排在上部结构和下部高压气体的共同作用下发生弯曲破坏。

关键词：气垫船平整冰模型试验破冰机理破冰阻力

冰区运输船极地海域航行阻力的模型试验研究（英文）

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船舶力学 2018年第6期22卷 667-678页

作者：黄焱孙剑桥季少鹏田于逵朱本瑞天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

为了考查冰区运输船在北极结冰海域航行时所受到的航行阻力,进行了一系列室内物理模型试验。试验中船体模型通过一个单向测力传感器与主拖车上的刚性拖曳臂相连。试验包含三种主要的冰条件,即船体独立航行的平整冰条件、在破冰船引导下... 详细信息

为了考查冰区运输船在北极结冰海域航行时所受到的航行阻力,进行了一系列室内物理模型试验。试验中船体模型通过一个单向测力传感器与主拖车上的刚性拖曳臂相连。试验包含三种主要的冰条件,即船体独立航行的平整冰条件、在破冰船引导下航行的航道碎冰条件和独立航行的浮冰条件。平整冰及航道碎冰条件下对多种船体航行速度进行考察,而浮冰条件下则针对不同的冰覆盖率展开研究。试验中对冰-船相互作用模式、冰排在船体不同位置处的破坏进程以及碎冰沿船体的运动状态进行了详尽的观测,并对船体的航行阻力进行了有效的测量。此外,文中还对航行阻力均值与极值之间的差异进行了详尽的讨论与分析。结果表明,冰条件与船体航行速度是影响船体航行阻力的重要因素。

关键词：模型试验航行阻力运输船平整冰航道碎冰浮冰

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冰水槽内气泡辅助破冰系统的机理实验研究

哈尔滨工程大学学报 2020年第6期41卷 777-783页

作者：倪宝玉郭鹏杰薛彦卓哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了揭示气泡辅助破冰机理,以极地破冰船气泡辅助破冰系统为研究对象,本文设计制作了船模及气泡辅助破冰系统模型并依托低温实验室进行一系列机理实验。通过机理实验探究加装气泡辅助破冰系统后冰层在船艏、船肩及舷侧的破坏模式,研究... 详细信息

为了揭示气泡辅助破冰机理,以极地破冰船气泡辅助破冰系统为研究对象,本文设计制作了船模及气泡辅助破冰系统模型并依托低温实验室进行一系列机理实验。通过机理实验探究加装气泡辅助破冰系统后冰层在船艏、船肩及舷侧的破坏模式,研究气泡辅助破冰系统与海冰相互作用机理。在此基础上对多种物理参数的影响进行分析。研究表明:气泡辅助破冰系统通过在冰层下形成气泡腔,破坏了水对于冰的弹性支撑;同时向上运动的气泡流将碎冰块吹离船体,形成船体与碎冰间的润滑层,从而分别降低了破冰船在冰区航行的破冰阻力和清冰阻力,达到了辅助破冰船航行的效果。

关键词：水下气泡极地破冰船破冰技术平整冰气泡辅助系统机理实验冰水槽

渤海湾冰载荷作用下LNG浮式转接驳结构响应分析

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武汉理工大学学报 2023年第9期45卷 83-90页

作者：常松亮李楷夏华波吴昊王运龙大连理工大学船舶工程学院大连116024 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司天津300452

为了分析渤海湾流冰冲击作用下LNG浮式转接驳的结构响应,提高转接驳的抗冰能力,建立非对称式LNG浮式转接驳和平整冰及碎冰有限元模型,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对海冰冲击转接驳进行数值模拟。设置流冰以1 m/s的速度与转接驳成0°... 详细信息

为了分析渤海湾流冰冲击作用下LNG浮式转接驳的结构响应,提高转接驳的抗冰能力,建立非对称式LNG浮式转接驳和平整冰及碎冰有限元模型,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对海冰冲击转接驳进行数值模拟。设置流冰以1 m/s的速度与转接驳成0°、45°、90°的6种碰撞场景,通过数值仿真,得到不同工况下转接驳的塑性应变、流冰的速度和加速度、碰撞力。结果表明:在平整冰作用下,0°、45°和90°工况转接驳片体前端均发生塑性形变,0°时结构损伤程度低于其他两种工况;在碎冰作用下,成45°和90°碰撞时转接驳发生一定的塑性形变,在0°时,结构未受到损伤。研究工作可为冬季渤海湾作业的LNG浮式转接驳结构设计提供一定参考。

关键词：平整冰碎冰浮式转接驳 ALE

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基于粘聚单元法的冰层低速冲击破坏行为模拟

基于粘聚单元法的冰层低速冲击破坏行为模拟

作者：易龙飞大连理工大学

学位级别：硕士

极地地区具有重要的战略地位,各类矿产资源极其丰富,同时也是影响地球气候的重要地区。特别的,极地是重要的军事中心,具有连接亚、欧、北美三大洲的最短路径,从北极出发可以最短的距离打击周围的三大洲,而且常年覆盖的冰层是天然的屏蔽... 详细信息

极地地区具有重要的战略地位,各类矿产资源极其丰富,同时也是影响地球气候的重要地区。特别的,极地是重要的军事中心,具有连接亚、欧、北美三大洲的最短路径,从北极出发可以最短的距离打击周围的三大洲,而且常年覆盖的冰层是天然的屏蔽场,能够为水下的活动提供良好的隐蔽作用。近年来,极区重要的军事战略地位得到越来越多的关注,而由于极地特殊的环境,研究极地冰层在结构物低速冲击下的破坏行为,具有重要的意义。冰材料具有随机性、各向异性及初始缺陷等特点,其破坏模式随应变率变化较大,低应变率下呈现延性破坏,高应变率下呈现脆性破坏,这些特点给冰结构破坏模拟带来挑战。有限元和离散元方法能够分别在准静态和高速下模拟出一定的冰层破坏特性,但在低速冲击下很难模拟出冰层的破坏特点。粘聚单元法基于有限元法,吸收了离散元法的思想,通过在有限单元之间插入粘聚单元模拟破坏和裂纹扩展,近几年逐渐被用于脆性材料破坏分析。因此,本文基于粘聚单元法,开展冰层低速冲击破坏行为模拟研究。首先,本文在粘聚单元法基础上,根据冰层特点进行建模,并与有限元与离散元的结果进行对比。冰层具有各向异性和晶界优先破坏特性,并含有随机初始缺陷,通过五面体建模并加强横向粘聚单元模拟出了冰晶的晶界破坏特性;通过随机删除竖向粘聚单元模拟出了冰层的随机性和初始缺陷。与有限元法和离散元法进行了对比,在冰层低速的冲击破坏模拟中,粘聚单元法既有有限元受力分析的准确性,得到了较好的裂纹扩展路径,同时也具有离散元模拟破坏的特点,模拟出了碎冰飞溅的现象,综合来看,粘聚单元法更适用于冰层低速冲击破坏的模拟。其次,进一步讨论了粘聚单元的各种参数影响,对人工依赖度进行分析,得到了粘聚单元法的参数适用范围。对TSL曲线形状与断裂能对模拟结果的影响进行了讨论,发现断裂能是影响结构破坏的最重要参数,而TSL曲线会影响破坏的形式。分析了不同单元形状对模拟结果的影响,发现三角形单元构成的结构边界更多,能更好的还原结构的破坏路径,因此在三角形基础上选择五面体单元作为冰层建模的主要单元。对人工依赖度进行分析,在模拟破坏的同时,尽量避免对结构的刚度影响,找到合适的粘聚单元刚度和单元尺寸大小。最后,分析了结构物不同冲击倾斜角度下冰层的破坏形式与速度变化。得到了不同倾斜角度下的结构与冰层的冲击情况,并根据不同的情况分为小角度、大角度和临界角度三种情况,为实际运用提供了模型预示参考。

关键词：平整冰低速冲击粘聚单元法参数敏感性分析破坏行为

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滩、浅海固定设施冰载荷的研究

石油学报 2001年第5期22卷 68-74页

作者：高照杰段梦兰李啸吴永宁李林斌中国船级社北京100006 南京水利科学研究院南京210024

随着我国浅海地区石油勘探与开发的蓬勃发展 ,滩、浅海固定设施在海冰环境中的安全日益突出 ,对这些地区海冰环境特别是冰的特性参数和冰对结构作用力的研究迫在眉睫。本文在研究和分析国内外冰力计算公式的基础上 ,给出了一个单桩平整... 详细信息

随着我国浅海地区石油勘探与开发的蓬勃发展 ,滩、浅海固定设施在海冰环境中的安全日益突出 ,对这些地区海冰环境特别是冰的特性参数和冰对结构作用力的研究迫在眉睫。本文在研究和分析国内外冰力计算公式的基础上 ,给出了一个单桩平整冰的冰力计算公式 ,该公式物理意义明确 ,考虑了影响冰力的主要因素 ,是目前全面反映冰对结构物作用的一个冰力计算公式 ,它同时与现行规范标准上推荐的公式接近 ,工程上容易接受。

关键词：浅海地区固定设施冰载荷桩径平整冰油气勘探

BZ34-2/4井口平台结构强度计算和分析

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中国海洋平台 1990年第5期5卷 69-73,76+6页

作者：李良渤海工程设计公司

1.环境条件及其外载荷计算 (1)风速及风力计算。平均海平面10 m高度处的风速为:重现期为1年,1分钟平均风速:29.4 m/s;重现期为10年,1分钟平均风速:33.3 m/s;重现期为50年,1分钟平均风速:37.3 m/s。平均海平面上,高度Z处的风速为:

关键词：井口平台 BZ34-2/4 强度计算平均海平面平均风速载荷计算导管架井口模块平整冰海上平台