船首形状对船-冰碰撞性能的影响研究.pdf

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1、第38卷第1期2016年1月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．38．No．1Jan．，2016船首形状对船一冰碰撞性能的影响研究史江海，桂洪斌，李丹(哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院，山东威海264209)摘要：基于冰的各向同性弹性断裂模型，分别以船首的初速度和冰的厚度为变量，采用LS—DYNA非线性有限元软件对不同船首形状与冰排碰撞问题展开数值模拟研究。研究结果表明，不同形状船首在相同工况下其破冰距离、受到的冰载荷以及能量变化有显著差异。前倾首、飞剪首的破冰能力比直立首、球鼻首强，随着船首初速度的增大、冰厚的增加，飞剪首的

2、破冰能力逐步好于前倾首，球鼻首的破冰能力逐步好于直立首。本文研究对于航行于季节性冰区的船舶具有一定的指导意义。关键词：船舶；碰撞；冰载荷；船首形状中图分类号：U661．4文献标识码：A文章编号：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引言近年来渤海及黄海北部在冬季连续

6、发生严重冰情¨]，这表明在全球气候变暖的背景下，局部地区出现连续低温、发生严重海冰灾害完全可能。特别随着环渤海地区经济的飞速发展，海冰灾害造成的损失呈逐年增大趋势。国内对船冰碰撞的研究起步较晚，张健等嵋j采用Tsai—WU屈服准则，用理想弹塑性材料模拟冰块，对整船与冰碰撞进行数值仿真；胡志宽等口1基于SPH方法，用各向同性弹塑性材料模拟冰块，对高速冰与螺旋桨的碰撞进行了数值分析。国外的研究成果较为丰富，尤其是环北极的国家。Liu¨。较系统地研究了船舶与冰山碰撞的外部动力学及内部动力学问题；su等"。应用数值模型来估算作用于船体总体和局部的冰载荷；Myhre_61和D

7、ahl‘7o研究了LNG船在与冰块碰撞时的结构变形。收稿日期：2015—07—17；修回日期：2015—08—05基金项目：中国石油化工集团公司基金资助项目作者简介：史江海(1991一)，男，硕士研究生，主要从事船舶与海洋结构物设计制造、船舶结构与冰碰撞的动力响应研究。第1期史江海，等：船首形状对船一冰碰撞性能的影响研究·9·由于环渤海地区的冰情是季节性的，并且具有很强的随机性，因此在该区域航行的船舶一般均未采取破冰装置。因此研究不同形状船首的破冰能力，对于在该区域航行的船舶具有一定的实际意义。本文即应用LS—DYNA软件模拟不同船首形状与冰排的碰撞场景，探讨船