摘要：船舶在极地海域航行时,将面对恶劣的冰载荷工况,冰-桨的相互作用致使船舶推进系统产生转速降,系统同时产生较大的扭矩波动,动力推进系统的安全受到威胁。论文以某重型破冰船电力推进系统为研究对象,建立电力推进系统转速-时间仿真模型和扭振时域动态响应计算数学模型,重点研究了冰载荷激励力矩作用时电力推进系统在不同调速控制策略下的电机转速降及轴系扭矩动态响应,通过全转速分析得到不同调速控制策略下电机转速降和轴段最恶劣冰载荷扭矩幅值随初始转速的分布规律,并对推进系统在各冰载荷工况及各冰厚条件下的螺旋桨破冰性能作出了预测,结果可为冰区电力推进装置的设计及性能分析提供参考。

摘要：以船舶混合动力推进轴系的电力推进模式为研究对象,建立轴系扭转振动数学模型,重点讨论了电力推进轴系冰载荷激励力矩和推进电机的阶次振动激励力矩对轴系扭转振动的影响。采用应变法对实际船舶推进轴系进行扭转振动测试,将推进轴系的测试值与理论计算值进行比对分析,验证了文中建立的推进轴系数学模型和应变测试方法的正确性。

摘要：层冰是冰区海工结构作业时遭遇的主要冰况之一,直立结构是海工结构的常见构型,因此,开展层冰作用下直立结构冰载荷研究对海工结构抗冰强化设计和安全评估具有重要意义。本文首先对层冰与直立结构作用过程进行概括分析。然后开展直立圆柱结构冰载荷的机理性试验,研究层冰的失效行为以及结构冰载荷的特征。最后基于黏聚单元模型和海冰软化本构开发层冰与结构作用模拟的数值仿真模型,对层冰的裂纹扩展和破碎过程进行模拟,同时利用试验数据对数值仿真模型的正确性进行验证。本研究工作可为结构冰载荷的数值和试验研究奠定重要基础,为冰区海工结构的设计建造提供技术参考。

摘要：双向航行极地船舶带来了艉部先行的全新冰区航行模式,然而现行冰级规范中针对艉部区域的设计冰载荷及结构加强水平仍存在着较大的分歧。以我国双向破冰极地科考船雪龙2号为原型开展冰水池物理模型试验,对艉部先行模式下船尾与巨型浮冰的碰撞进行模拟。在碰撞过程中船体冰载荷由粘贴在船尾表面的触觉传感器测得。通过艉部碰撞载荷测试数据,建立了以船体区域因子为基础的艉部区设计载荷评估依据。通过对不同超越概率下艉部区域因子的考察,最终推荐IACS或DNV的建议值,用于双向航行极地船舶的艉部区结构强度设计。针对不同冰级规范艉部区域因子取值的差异,通过讨论设计极限状态与冰条件之间的对应,指出区域因子与极限状态的潜在关联。

摘要：冰载荷的现场测量工作对于描述冰载荷与海洋平台的相互作用规律十分重要。回顾了自六十年代以来的各地冰载荷的测量情况,针对在采用压力盒进行直接测量和利用结构整体响应进行间接反算的过程中存在的困难,提出了一种利用局部应变响应信息来有效反演海洋平台冰载荷的新方法,并设计了用于反演的附加套筒结构模型。阐述了反演的基本原理,从理论上分析了反演的误差来源以及误差的稳定性,并讨论了反演时载荷作用区域的判断方法和测点的布置原则。最后,通过计算机仿真的反演算例和一缩尺模型的反演实验(包括模型应变响应的动态标定)验证了这种方法的可靠性。

摘要：极地破冰船在破冰过程中的冰载荷预报是破冰船设计过程中亟待解决的问题。论文根据能量守恒原理提出了连续破冰模式下冰载荷的分析方法;运用非线性有限元软件模拟破冰船的连续破冰过程,获得不同冰厚和不同船速下的船艏碰撞力时历曲线。通过理论计算及数值仿真结果的对比分析,证实作者提出的连续式冰载荷理论计算公式和数值仿真方法的可行性。计算方法及计算结果对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。

摘要：文章对冰载荷预报技术进行了研究与评估。给出了冰载荷的描述、定义,对预报方法进行了分类,并讨论了预报技术中的困难与难点。综述了理论预报方法和数值模拟技术,并分析了这些理论和方法的特点。指出这些预报方法的优点与缺点,并对今后的研究与开发工作给出了几点建议。

摘要：在海冰与锥体海洋结构的相互作用过程中,潮汐水位变化时海冰作用于锥体结构的位置改变对冰载荷具有显著影响.本文采用具有粘结破碎功能的离散元方法计算海冰与锥体作用的破坏过程.同时考虑海冰上下表面温度差异对海冰强度的影响,将离散元计算冰载荷及海冰破坏模式与渤海现场实测数据进行对比验证.离散元结果表明,海冰与正锥和倒锥碰撞时均发生弯曲破坏,且冰载荷均随水线处锥径的增大而增大.在水线处锥径相同的情况下,正锥冰载荷大于倒锥冰载荷,而正锥作用下海冰的断裂长度则较小.基于离散元计算结果和渤海现场观测资料分析了海冰与正锥、倒锥作用时冰载荷和断裂长度差异的主要原因.海冰与正倒锥交界线处作用时,一般发生弯曲破坏.当冰层中心高度与正倒锥交界线的高度相同时,海冰才会发生局部挤压破碎,但冰荷载并没有明显升高.由此可见,倒锥体结构可有效降低冰载荷从而具有较好的抗冰性能.以上研究表明离散元方法可确定海冰与锥体结构作用时的海冰破碎规律和冰载荷特性,为海洋工程结构的抗冰设计提供参考依据.

摘要：冰载荷是影响极地船舶航行安全的重要环境因素,而对船舶结构的现场监测是获取冰载荷的可靠途径.鉴于船-冰相互作用的复杂性,目前还难以直接测量冰载荷,一般通过结构应变、六自由度运动参数等船舶结构局部或总体响应的测量数据间接反演冰载荷.根据冰载荷的作用范围,本文将船舶结构冰载荷现场监测划分为局部冰载荷现场监测与总体冰载荷现场监测两大类.对国内外18艘极地船舶冰载荷现场测量试验的开展时间、试验海域、测量方案等信息进行了系统的总结和分析.从基本原理、适用范围、应用现状和发展前景等方面全面地介绍了船舶结构冰载荷反演的影响系数矩阵法、支持向量机法、格林函数法、运动参数法和功能关系法,并重点分析了"MV Timofey Guzhenko"极地穿梭油轮与"IBRV Araon"破冰考察船的冰载荷测量结果.在此基础上对船体局部冰压、冰力峰值、冰载荷概率分布和冰激振动加速度等相关研究进展进行了深入的讨论.最后从测量技术、反演方法、冰载荷特性等方面剖析了当前船舶结构冰载荷现场监测中存在的问题,并探讨了相应的研究方向.本文对国内外极地船舶冰载荷现场测量与反演方法的论述可为后续研究与工程应用提供科学参考,从而更好地促进我国极地船舶的抗冰结构设计与冰区航行技术的发展.

摘要：极地船舶与海洋工程结构冰载荷的确定是其结构抗冰设计、冰区安全运行和结构完整性管理的重要研究内容.当前快速发展的高性能计算技术和多介质、多尺度数值方法为准确、高效地计算结构冰载荷提供了有效的途径,其中以离散元方法为代表的数值方法取得了出色的研究成果.为此,本文针对目前极地船舶与海洋工程结构对冰载荷及力学响应的工程需求,同时考虑国内外对海冰、工程结构与流体相互耦合的多介质、多尺度数值方法研究现状,对极地船舶与海洋工程数值冰水池的概念、框架、开发技术以及基于离散元方法的软件实现与工程应用进行了论述.数值冰水池在船舶与海洋工程结构冰载荷确定方面具有可靠性、经济性、快速性、扩展性和情景化等显著优势.本文工作借鉴数值水池的研究思路,以典型船舶和海洋平台结构冰载荷及结构力学响应的离散元计算为例,探讨了数值冰水池研究的可行性和工程应用前景,阐述其与理论分析、现场测量和模型试验研究相结合的必要性.以上研究有益于中国在极地船舶与海洋工程领域形成具有独立知识产权的数值计算分析平台,对中国极地海洋强国的战略实施具有很好的启发和指导意义.