摘要：[目的]为研究船舶与碎冰作用过程中船体冰压力的分布情况,对航道碎冰条件下的极地船舶进行数值模拟分析。[方法]采用离散元法(DEM)对船舶与碎冰进行建模,假设碎冰是由理想的二维圆盘构成,并考虑海流对碎冰单元的浮力、拖曳力及附加质量的影响;利用MT Uikku号冰水池模型试验结果对数值模型进行验证,对比分析不同航速和冰况对船体区域冰压力的影响。[结果]结果显示,当船舶在航道碎冰中运动时,冰载荷主要集中在船首;船首区域的冰压力随冰厚、航速和碎冰密集度的增加而增大,其中冰厚是影响冰压力幅值最大的因素;碎冰区航行船舶的首部区域冰压力影响最大,船首过渡区冰压力影响显著。[结论]所提数值分析方法可为极地船舶安全航行和结构设计提供一定的参考。

摘要：为满足我国日益增加的极地船舶航空保障需求,有必要提出1套符合极地低温、结冰等极端环境条件下的船舶航空保障方法。该文通过对现行常用极地规范、标准及实船配置的研究,分析其与极地极端环境不相称之处,并借鉴国内外相关系统,提出针对性的改进方案。这些改进后的极地船舶航空保障方法,可有选择性地应用于未来极地船舶的设计和建造中。

摘要：冰冻是极地船舶最常见的问题,会影响船舶的安全性和设备系统的可操作性,所以暴露在寒冷天气下的船舶系统和设备应满足相应的防寒要求,以实现防冰和除冰效果。本文梳理了中国船级社(CCS)的相关防寒规范指南,并通过分析全船不同区域对象的防寒需求,重点对机舱通风、冰海水门、液舱防冻和甲板机械等设备系统的防寒技术进行了研究,总结了相应的主要防冻措施,以期对航行于寒冷地区船舶的设计有所指导。

摘要：冰脊和冰山与极地船体发生碰撞将影响船体结构安全,并决定船体结构设计载荷。船体结构设计应遵循基于风险的设计原则,通常涉及以下极限状态设计准则:1)服务极限状态(SLS);2)最终极限状态(ULS);3)疲劳极限状态(FLS);4)事故极限状态(ALS)。最终极限状态和事故极限状态对应于发生概率极低的船与冰脊作用以及冰山撞击事件,旨在确保船体结构不会完全损毁。然而,对于较低概率水平的冰载荷分析,需进行较大数据量的工况分析,计算耗时无法承受。为此,引入环境等值轮廓方法,来大幅减少冰载荷分析所需工况数量,并给出设计工况最有可能的冰体参数组合方式。结合最终极限状态和事故极限状态,举例说明这一方法的运用方式。环境等值轮廓方法可为现有极地船舶船体结构设计方法提供有效补充。

摘要：极地船舶操纵破冰性能是破冰船设计建造过程中需重点考虑的问题。为分析极地船舶操纵性能,本文发展了冰区船舶六自由度操纵破冰运动模型,采用扩展多面体离散元模拟海冰,舵桨操纵模型提供破冰力。开展平整冰区定常直航模拟计算,并与Lindqvist船体冰阻力经验公式展开对比验证;开展雪龙号敞水35°舵角操纵性仿真,并与实船试航结果进行对比。在此基础上,开展冰厚及舵角影响下的船体结构冰载荷及破冰轨迹计算,模拟得到操纵破冰航行中船体垂荡、横摇及纵摇运动时程;最后分析操纵破冰船体线载荷分布与直航破冰下的差异。

摘要：极地环境会对船舶机电设备的外加载荷、材料属性、工作方式和维护保养等产生影响,从而对其设计、可靠性、使用和维护等提出了更苛刻的要求。从建立极地特殊环境条件下船舶机电设备标准需求出发,对国内外相关标准规范进行现状分析和梳理总结,并在此基础上提出我国极地船舶机电设备标准化发展建议,为我国极地船舶机电设备标准建设提供参考。

摘要：为了获得某极地船舶初始设计阶段的冰阻力值,采用了包括Lindqvist、Keinonen、Riska和Jeong模型在内的冰阻力经验模型对一艘极地船舶的冰阻力进行估算,并将计算结果与模型试验结果进行了比较。同时,对冰阻力经验模型开展了参数研究。研究结果可用于指导极地船型初步优化设计,为极地船舶冰阻力数值预报方法的开发提供参考。

摘要：[目的]旨在分析极地低气温环境温度及压载水容量对极地船舶压载舱温度场分布的影响。[方法]采用流体体积法(VOF)模型模拟气-液两相,标准k-ε湍流模型模拟流体运动,建立极地船舶压载舱热传递的数值分析模型,分析低气温条件下压载舱温度场的动态变化过程,揭示多环境温度和多装载高度对压载舱温度场的影响机制。[结果]随着热传递的持续发生,舷侧压载舱水线以上区域的温度快速下降,降温区分别沿横向向舱内延伸和沿舱壁向下延伸;当压载水较多时,由于水的热容大,舱室温度场相对稳定,但空气热容低、温度场变化大,易出现气旋并进一步影响计算域的温度场分布;在相同压载水容量条件下,外界环境温度越低,内外温差越大,热交换越剧烈,压载舱温度变化越迅速。[结论]采用VOF两相流模型和标准k-ε湍流模型可以较好地揭示极地低气温环境下压载舱温度场的时空演化特征,分析内、外部热边界条件变化对压载舱温度场变化的影响,可为极地船舶压载舱防寒/防冻结提供必要的技术参考。

摘要：极地船舶在冰区航行时,其船体结构所受冰载荷经常会出现逐渐加载之后断裂卸载,再逐渐加载的周期性特点。这种往复循环的冰载荷与极地的低温环境共同作用,会加剧船体结构的疲劳问题。由此,为了准确评估冰载荷引起的船体结构疲劳损伤,以一艘极地物探船为研究对象,采用有限元方法获得船体上的冰载荷曲线,通过线性转化和Goodman修正等方法将该载荷曲线转化为疲劳计算所需的应力循环,并基于S-N曲线和疲劳线性累计损伤理论对该极地物探船进行冰致疲劳损伤评估。计算结果表明:该极地物探船冰带区域的舷侧纵桁与横舱壁交界位置最易产生冰致疲劳,冰载荷引起的极地物探船冰带区域关键节点的疲劳损伤满足设计要求;冰载荷引起的极地船舶疲劳损伤不可忽略。

摘要：北极航道的开发和极地资源的勘采为船舶与海洋工程装备设计制造提供了良好的发展契机,但极地极端载荷环境所引起的复杂力学问题也相应地提出了巨大的挑战。为此,本文首先梳理极地航行船舶与浮体结构物涉及的基础力学问题,回顾并讨论国内外在相关力学问题方面的研究进展和技术难点,对于极区波浪传播的理论模型,分析了质量荷载模型,弹性薄板模型,粘性层模型和粘-弹性模型的优缺点和适用性;对于海冰力学行为的数值方法,阐述了有限元法(FEM)和离散元法(DEM)的数值模拟进展;对比了冰区船舶的自由航行和约束船模实验等。本文为航行船舶与浮体结构物的研发提供了一定的参考。