低溫下船冰擠壓響應(yīng)研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、目前世界破冰船建造國家多為北歐國家,還有俄羅斯、美國、日本等國家。而中國現(xiàn)今制造的破冰船多基于渤海及黑龍江冰情,還未有自主建造的極地航行區(qū)域破冰船下水。隨著極地近岸地區(qū)冰情的減弱,北美歐洲等國紛紛開通北極近岸航線。
  由于極地地區(qū)環(huán)境十分惡劣,無論是專業(yè)破冰船還是運(yùn)輸船舶,都無法回避冰載荷帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在海冰的作用下,船舶很容易發(fā)生漏油事故,一方面既會(huì)造成船員的傷亡又會(huì)給企業(yè)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失;另一方面,將對(duì)極地的環(huán)境造成巨大

2、的破壞。所以在極地航行的船舶必須重視船舶與冰體的作用。
  本文以一艘冰區(qū)油船為研究對(duì)象,通過對(duì)船冰相互作用的模擬來分析船體的擠壓力及其損傷情況??紤]船冰的舷側(cè)動(dòng)擠壓和回轉(zhuǎn)擠壓兩種工況,研究了船速、擠壓速度、冰厚、轉(zhuǎn)舵速度等因素對(duì)船體舷側(cè)的擠壓響應(yīng)的影響,獲得船體結(jié)構(gòu)的擠壓力、剩余速度及損傷。具體研究?jī)?nèi)容如下:
  為了研究船舶與冰體的相互作用,本文首先分析了低溫下鋼材料的性質(zhì)及海冰的失效準(zhǔn)則。利用 LS-DYNA建立各向同

3、性粘塑性有限元數(shù)值模型,并查閱資料定義冰材料的本構(gòu)模型。結(jié)合ISO推薦壓強(qiáng)-面積理論曲線和相關(guān)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證數(shù)值模型的可靠性。
  其次,描述了船冰發(fā)生擠壓的兩種場(chǎng)景,分析擠壓發(fā)生的原因。比較了兩種冰體與船體的擠壓作用,分析船舶舷側(cè)所受到的擠壓力,發(fā)現(xiàn)船舶遇到有棱角的海冰時(shí)塑性變形較大,因而冰排的形狀采用有棱角的海冰;比較了三種不同的海冰和船體之間的摩擦系數(shù),通過船冰擠壓響應(yīng)比較了不同摩擦系數(shù)造成的影響。探索了船舶具有恒定的

4、航行速度及逐漸遞減的初速度時(shí)船冰擠壓相互作用的不同。
  再次,建立油船雙底雙殼的貨倉區(qū)域和具有棱角的冰排的有限元模型,分析船冰動(dòng)擠壓過程中,擠壓力、速度的變化及船體舷側(cè)的吸能情況??紤]航速、擠壓速度及冰厚三種因素對(duì)船舶擠壓響應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明,隨著擠壓速度增加,船冰接觸面積也相應(yīng)增加,船舶舷側(cè)與冰體擠壓作用增加,船舶舷側(cè)破壞嚴(yán)重。不同的冰排厚度對(duì)擠壓響應(yīng)影響較大,冰排厚度越大,對(duì)船舶造成的擠壓影響越大,擠壓損傷也就越大。航行

5、速度的大小對(duì)擠壓影響不明顯,但隨著航行速度的增加,損傷有所增加。
  最后,建立油船雙底雙殼的貨倉區(qū)域和方形冰排的有限元模型,分析船舶回轉(zhuǎn)擠壓過程中,擠壓力的變化、船體舷側(cè)的吸能情況。考慮冰厚、轉(zhuǎn)舵速度及冰排狀態(tài)三種因素對(duì)船舶回轉(zhuǎn)擠壓響應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明,冰排越厚,對(duì)船舶的損傷越嚴(yán)重;相比于自由浮冰,船舶遇到有迎面速度或者固定冰排時(shí),船冰之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)較小,船舶舷側(cè)損傷較嚴(yán)重;由于轉(zhuǎn)舵速度的增加,船舶旋轉(zhuǎn)的速度也就相應(yīng)的增加,

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