極地船舶與浮體結構物力學問題研究綜述

薛彥卓，倪寶玉，2

(1.哈爾濱工程大學船舶工程學院，黑龍江哈爾濱150001;2.University College London，Department of Mechanical Engineering，London，UK，WC1E 7JE)

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極地船舶與浮體結構物力學問題研究綜述

薛彥卓1，倪寶玉1，2

(1.哈爾濱工程大學船舶工程學院，黑龍江哈爾濱150001;2.University College London，Department of Mechanical Engineering，London，UK，WC1E 7JE)

摘要:北極航道的開發和極地資源的勘采為船舶與海洋工程裝備設計制造提供了良好的發展契機，但極地極端載荷環境所引起的復雜力學問題也相應地提出了巨大的挑戰。為此，本文首先梳理極地航行船舶與浮體結構物涉及的基礎力學問題，回顧并討論國內外在相關力學問題方面的研究進展和技術難點，對于極區波浪傳播的理論模型，分析了質量荷載模型，彈性薄板模型，粘性層模型和粘－彈性模型的優缺點和適用性;對于海冰力學行為的數值方法，闡述了有限元法(FEM)和離散元法(DEM)的數值模擬進展;對比了冰區船舶的自由航行和約束船模實驗等。本文為航行船舶與浮體結構物的研發提供了一定的參考。

關鍵詞:北極;極地船舶;浮體結構物;力學問題;綜述

近40年來，北極海冰的覆蓋面積和厚度持續縮減，這種變化趨勢所產生的經濟價值已引起世界各國的極大關注。一方面，北極航道是連接太平洋北部與大西洋北部最短的航道，使用北極航道要比繞行南部的蘇伊士運河和巴拿馬運河節省至少40％的航程;另一方面，北極油氣資源儲存量巨大，據評估世界上30％未開采的天然氣和13％未開采的石油儲存在北極圈內。為開發北極航道和開采北極資源，世界各國尤其近極地國家如美國、俄羅斯、加拿大等均加大極地航行船舶和浮體結構物的研發力度，在極地環境載荷預報、浮體結構響應、總體性能控制、海洋裝備設計評估等方面取得了較大進展。……