冰區航行船舶碎冰阻力預報數值模擬方法

郭春雨，李夏炎，王帥，趙大剛

(哈爾濱工程大學 船舶工程學院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

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冰區航行船舶碎冰阻力預報數值模擬方法

郭春雨，李夏炎，王帥，趙大剛

(哈爾濱工程大學 船舶工程學院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

摘要：隨著越來越多的國家認識到北極地區巨大的潛在價值，冰區船舶的性能研究和設計工作也愈發的為人們重視。為了研究冰區船舶在碎冰區域內的航行阻力，運用Ls-dyna軟件的罰函數算法和流固耦合算法對冰區船舶在碎冰中航行過程進行了數值模擬，分別計算了60%、80%和90%碎冰密集度下4個速度點的船-冰作用力。在船模拖曳水池非凍結模型冰試驗的基礎上，對數值模擬結果進行分析評估。認為數值模擬結果在較低速度條件下在定性上與試驗結果比較符合，數值模擬方法在冰區船阻力性能研究工作中有著重要的參考價值。

關鍵詞：冰區船；船舶阻力；模型試驗；有限元方法；罰函數法；流固耦合

近年來，隨著全球氣候變暖、資源能源緊缺，蘊藏著巨大潛在價值的北極地區的科考開發工作備受相關國家重視。由此，破冰船、極地科考船、冰區運輸船等冰區航行船舶的基礎性能研究工作也成為當前的研究熱點。目前冰與結構物相互作用的研究領域內的成果主要集中在冰力學性能[1-2]和冰-固定錐形結構[3]相互作用的研究領域，船-冰作用的研究進展有限。而在船-冰作用的研究中，以破冰船和平整冰碰撞作用[4]的情況為主，對冰區航行船舶在碎冰區域內的阻力性能預報研究進行的較少，使用的研究方法通常為理論分析方法或孤立的數值模擬方法，由于條件限制，船模試驗往往很少進行。……