计及海冰不确定性的极地船冰载荷预报方法研究

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当下,随着两极战略地位的重要性愈发凸显,国际社会对极地资源以及北极航道的愈发关注,关于极地船的研究也因此得到了越来越多的重视。在极地船的设计阶段,对船体所受冰载荷的准确预报是十分关键的。然而当前对冰载荷的研究主要仍为确定性分析,并未考虑海冰参数的随机性以及冰载荷的随机特性,因此,本文在计及海冰不确定性的基础上对冰载荷的预报方法进行了研究,并总结了极地船的连续式破冰过程所受冰载荷的随机特性。
  本文所开展的工作主要包括如下几方面:
  1、对原有的极地船冰载荷预报方法进行了改进。利用转矩平衡法计算系柱拉力,参考模型试验结果修正了艉破冰时的碎冰阻力计算公式。充分考虑船体对海冰所产生的动态加载效应,引入更为完善的海冰弯曲破坏准则,并考虑海冰可能发生的挤压破坏,引入海冰挤压破坏准则,建立更为完善的船—冰相互作用模型。
  2、对极地船冰载荷数值计算方法进行了验证。基于所建立的极地船冰载荷预报方法开发了计算程序。对极地船连续式破冰过程的冰载荷进行了预报,将计算结果与基于非线性有限元方法的数值计算结果和冰池模型试验结果进行了对比,表明本文方法具有较好的计算精度。
  3、对考虑海冰不确定性的极地船冰载荷预报方法和冰载荷随机特性进行了研究。考虑海冰厚度和强度的不确定性以及二者之间的相关性,对随机冰载荷进行了计算。基于冰载荷计算结果,建立随机冰力函数模拟方法。对冰载荷极值的随机特性进行分析,采用Weibull分布对冰载荷极值进行了拟合,进而对分布参数的规律进行了研究,发现分布参数与冰厚较好地满足三次函数关系。最后通过总结获得了冰载荷极值所满足的概率密度函数。
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