冰载荷直接计算及破冰船破冰性能研究

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1、分类号学号M201271445学校代码10487密级硕士学位论文冰载荷直接计算及破冰船破冰性能研究学位申请人：吕保达学科专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：刘敬喜副教授答辩日期：2015年5月DissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheDirectAnalysisofIceLoadandResearchofIce-breakingPerformanceofIcebreakersCandidate:

2、LvBaodaMajor:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureSupervisor:AssociateProfessorLiuJingxiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对

3、本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：

4、日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要近年来，随着人类经济活动的频繁，能源需求的增加，北极地区的石油、天然气等自然资源的开发逐渐得到很多大型石油公司的重视，北极正在成为一片热土。北极地区的开发利用将会给相关海洋装备带来巨大的市场需求，这就对北极地区运输装备与海洋开发装备的设计研发提出了更高的要求。冰载荷的研究是北极地区海洋装备的设计研发不可或缺的基础，本文通过数值方法对冰的部分力学特性进行了仿真分析，建立了冰载荷的直接计算法，并在此基础上对破冰船的破冰性能进行了仿真分析对比。首先对海冰的形成及其晶体结构特性进行简介，并按照其结构

5、特性对其进行分类介绍，详细阐述了每种类型冰的力学特性。随后，简单阐述了本文所采用的有限元软件平台AbaqusStandard的用户自定义材料子程序UMAT，并对Abaqus的隐式分析过程和UMAT所使用的应力更新算法进行了介绍。接着，利用有限元方法对海冰的弹性基础梁模型进行了分析，分别利用解析法和数值方法对冰的简单弯曲失效进行了分析。然后，利用相关的冰失效准则，采用有限元软件Abaqus中的用户自定义材料子程序UMAT，对冰的损伤进行了仿真分析，在此基础上对三种类型的破冰船船艏的破冰性能进行了分析，得到了破冰船破冰的过程及三种船艏的破冰阻力曲

6、线。最后，在对全文进行总结的基础上对未来的研究工作进行了相应的展望。关键词：冰载荷有限元仿真弯曲失效破碎失效UMAT破冰船破冰性能I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTInrecentyears,theiceinarcticismeltingwithglobalwarming.Theeconomicvalueofthearcticchannelisincreasing,moreandmorecountriesplantoexploitthenaturalresourcesinarctic.Themarketdemandofthearcti

7、cequipmentwillbeincreasing.Themechanicalpropertiesoftheicearethefoundationofthedesignandmanufactureofthearcticequipment.Thispaperpresentsanumericalmethodtoresearchthemechanicalpropertiesoftheiceandtheicebreakingperformanceoficebreakers.First,thetypeoftheiceanditsstructureis

8、presentedandthenmechanicalpropertiesoftheicearepresented.Second,thispaperpresentst