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1、第38卷第1期2016年1月艦船科學(xué)技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．38．No．1Jan．，2016船首形狀對船一冰碰撞性能的影響研究史江海，桂洪斌，李丹(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)船舶與海洋工程學(xué)院，山東威海264209)摘要：基于冰的各向同性彈性斷裂模型，分別以船首的初速度和冰的厚度為變量，采用LS—DYNA非線性有限元軟件對不同船首形狀與冰排碰撞問題展開數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明，不同形狀船首在相同工況下其破冰距離、受到的冰載荷以及能量變化有顯著差異。前傾首、飛剪首的破冰能力比直立首、球鼻首強(qiáng)，隨著船首初速度的增大、冰厚的增加，飛剪首的
2、破冰能力逐步好于前傾首，球鼻首的破冰能力逐步好于直立首。本文研究對于航行于季節(jié)性冰區(qū)的船舶具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：船舶；碰撞；冰載荷；船首形狀中圖分類號(hào)：U661．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—7649(2016)l一0008—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2016．1．002ResearchoninfluenceofbowshapetothecollisionbetweenshipandiceSHIJiang—hai，GUIHong-bin，LIDan(SchoolofNavalArchitectureandOceanEn
3、gineering，HarbinInstituteofTechnologyatWeihai，Weihai264209，China)Abstract：Basedontheisotropicelasticfailureicemodel．thisthesisstudiesthesimulationO{collisionbetweenthedifferentbowshapesandicebyregardinginitialvelocityofthebowandicethicknessasvariablesrespectively，whichisachievedbyusing
4、LS—DYNA，anonlinearfiniteelementsoftware．Researchresultsindicatethattheicebreakingdistance，iceloadsandenergyvariationofbowsindifferentshapeshavesignificantdifferencesundersameworkingconditions．Theicebreakingabilityofrakedbowandclipperbowisbetterthanverticalbowandbulbousbow，andwiththeinc
5、reaseofinitialvelocityandicethickness，theicebreakingabilityofclipperbowbecomesbetterthanrakedbowandbulbousbowbecomesbetterthanverticalbowstepbystep．Theresearchhasacertainguidingsignificancefortheshipssailinginseasonaliceregion．Keywords：ship；collision；iceloads；bowshape0引言近年來渤海及黃海北部在冬季連續(xù)
6、發(fā)生嚴(yán)重冰情¨]，這表明在全球氣候變暖的背景下，局部地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)低溫、發(fā)生嚴(yán)重海冰災(zāi)害完全可能。特別隨著環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，海冰災(zāi)害造成的損失呈逐年增大趨勢。國內(nèi)對船冰碰撞的研究起步較晚，張健等嵋j采用Tsai—WU屈服準(zhǔn)則，用理想彈塑性材料模擬冰塊，對整船與冰碰撞進(jìn)行數(shù)值仿真；胡志寬等口1基于SPH方法，用各向同性彈塑性材料模擬冰塊，對高速冰與螺旋槳的碰撞進(jìn)行了數(shù)值分析。國外的研究成果較為豐富，尤其是環(huán)北極的國家。Liu¨。較系統(tǒng)地研究了船舶與冰山碰撞的外部動(dòng)力學(xué)及內(nèi)部動(dòng)力學(xué)問題；su等"。應(yīng)用數(shù)值模型來估算作用于船體總體和局部的冰載荷；Myhre_61和D
7、ahl‘7o研究了LNG船在與冰塊碰撞時(shí)的結(jié)構(gòu)變形。收稿日期：2015—07—17；修回日期：2015—08—05基金項(xiàng)目：中國石油化工集團(tuán)公司基金資助項(xiàng)目作者簡介：史江海(1991一)，男，碩士研究生，主要從事船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造、船舶結(jié)構(gòu)與冰碰撞的動(dòng)力響應(yīng)研究。第1期史江海，等：船首形狀對船一冰碰撞性能的影響研究·9·由于環(huán)渤海地區(qū)的冰情是季節(jié)性的，并且具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，因此在該區(qū)域航行的船舶一般均未采取破冰裝置。因此研究不同形狀船首的破冰能力，對于在該區(qū)域航行的船舶具有一定的實(shí)際意義。本文即應(yīng)用LS—DYNA軟件模擬不同船首形狀與冰排的碰撞場景，探討船
