冰材料模型与局部形状对船冰碰撞影响研究

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1、上海交通大学硕士学位论文冰材料模型与局部形状对船冰碰撞影响研究硕士研究生：高岩学号：1120109115导师：王晋教授胡志强副教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterANELASTIC-PLASTICICEMATERIALMODELANDICEBERGSHAPESENSITIVITYANALYSISFORSHIP-IC

2、EBERGCOLLISIONSCENARIOCandidate：GaoYanStudentID:1120109115Supervisor：Prof.WangJinCo-supervisor:AssociateProf.HuZhiqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNavalarchitectureandoceanMajor：engineeringSchoolofnavalarchitecture,oceanAffiliation：andcivilengineeringDate

3、ofDefense：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity冰材料模型与局部形状对船冰碰撞影响研究摘要随着北极夏季海冰的融化趋势越发明显，北方航线已经在夏季通航。然而，北极地区在夏季也有大量的冰山存在，因而船冰碰撞是船舶碰撞领域的研究热点之一。本文研究主要包含两部分内容：第一部分利用理想弹塑性材料模型模拟海冰在碰撞过程中的力学特性问题；第二部分利用该模型研究冰块的局部形状对于船冰碰撞特性的影响特点。本文首先利用理想弹塑性模型模拟冰在碰撞过程中的力学特

4、性。用此材料模型模拟球型冰与船侧和船球鼻艏等不同位置的碰撞场景，研究在碰撞过程中碰撞力和耗散能的变化情况。结果表明此模型能够较好的模拟冰在碰撞过程中的力学特性。由于冰材料的复杂性，冰块的不同局部形状对船冰碰撞场景有一定影响。本文接下来研究不同局部形状的冰模型与船侧的碰撞场景，同时采用泡沫模型与理想弹塑性模型进行对比。研究结果表明，对于理想弹塑性模型，在不同的冰局部形状条件下，船冰碰撞的相互作用过程不同，碰撞力、能量分配与耗散情况等也有较明显差别。对于泡沫模型，不同形状的冰块对碰撞力和耗散能的影响较小。球型冰表现最为强硬，为最危险形状。本

5、论文的研究成果对在极地地区航行的船舶结构设计，保证船舶的1上海交通大学硕士学位论文安全性问题，具有较为重要的作用。关键词：船冰碰撞，冰材料模型，弹塑性模型，形状影响，数值仿真，泡沫模型2上海交通大学硕士学位论文ANELASTIC-PLASTICICEMATERIALMODELANDICEBERGSHAPESENSITIVITYANALYSISFORSHIP-ICEBERGCOLLISIONSCENARIOABSTRACTWiththeincreasingmeltingtrendofseaiceinArcticregion,thenort

6、hsailingroutehascomeintoreality.ButicebergsexistinArcticseaduringthesummerseason;henceship-icebergcollisioniscurrentlyoneofthehottopicsintheshipcollisionresearcharea.Thispaperaddressestheresearchintwomaincontents:utilizinganisotropicelastic-plasticicebergmodeltosimulatet

7、heicemechanicalbehaviorandinteractionofshipandiceberginaship-icebergcollisionscenario;investigatingthelocalshapesensitivityinship-icebergcollisionwithusingtheproposedicematerialmodel.Theelastic-plasticmaterialmodelisproposedfirstlyinthispaper,numericalsimulationsoficeber

8、gthatstrikesatankersideandashipboware3上海交通大学硕士学位论文alsopresented.Impactforceandenergydissipationresultsa