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冰块尺寸对碎冰区船舶结构冰阻力影响的离散元分析
1
作者 张鑫奥 俞赟 +2 位作者 杨冬宝 刘璐 季顺迎 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期915-920,共6页
船舶在碎冰区航行时的冰阻力会影响船舶的安全性和航行性能。本文以雪龙号破冰船为研究对象,采用三维离散元方法对碎冰环境下船体结构冰阻力进行数值模拟。基于随机生成算法对不规则形状的碎冰区进行参数化建模以形成复杂的碎冰初始场,... 船舶在碎冰区航行时的冰阻力会影响船舶的安全性和航行性能。本文以雪龙号破冰船为研究对象,采用三维离散元方法对碎冰环境下船体结构冰阻力进行数值模拟。基于随机生成算法对不规则形状的碎冰区进行参数化建模以形成复杂的碎冰初始场,同时考虑海水对船体结构的作用力建立船体碎冰阻力的计算模型,并将离散元计算结果与碎冰区DuBrovin冰阻力计算公式进行对比。在此基础上将冰块尺寸进行无量纲化,研究不同冰厚和航速下冰块尺寸对碎冰阻力的影响规律。以平整冰区船体冰阻力的Lindqvist公式为参照,得到碎冰向平整冰转化的临界尺寸。该浮冰临界尺寸可作为识别碎冰区与平整冰的判据。本文研究工作可为船舶在极地冰区的安全航行提供一定的参考。 展开更多
关键词 破冰船 离散元方法 碎冰区 冰块尺寸 冰阻力
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船舶在碎冰区航行的离散元模型及冰载荷分析 被引量：33
2
作者 李紫麟 刘煜 +2 位作者 孙珊珊 卢云亮 季顺迎 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期868-877,共10页
采用离散元模型对碎冰区浮冰与船舶结构的相互作用进行了数值研究.碎冰由三维圆盘单元构成,并考虑其在海流作用下的浮力、拖曳力和附加质量.船体结构由一系列三角形单元组合构造.通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算,确定海冰... 采用离散元模型对碎冰区浮冰与船舶结构的相互作用进行了数值研究.碎冰由三维圆盘单元构成,并考虑其在海流作用下的浮力、拖曳力和附加质量.船体结构由一系列三角形单元组合构造.通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算,确定海冰与船体结构之间的相互作用.采用以上离散单元模型对不同冰况(冰速、冰厚、冰块尺寸和密集度)以及航速条件下,海冰对船体的动力作用过程进行了数值分析,对比分析了以上因素对船体冰载荷的影响,可为冰区船舶的安全运行和结构设计提供一定的借鉴作用. 展开更多
关键词 离散元模型 碎冰区 船体 冰载荷
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碎冰区海冰与船舶结构相互作用的离散元分析 被引量：22
3
作者 季顺迎 李紫麟 +1 位作者 李春花 张林 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期520-526,645,共7页
采用离散元模型对碎冰区海冰与船舶结构的相互作用进行了数值模拟。碎冰由三维圆盘单元构成,并考虑了其在海流作用下的浮力、拖曳力、附加质量;采用单元组合的方式构造了船体的简易模型。通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算确... 采用离散元模型对碎冰区海冰与船舶结构的相互作用进行了数值模拟。碎冰由三维圆盘单元构成,并考虑了其在海流作用下的浮力、拖曳力、附加质量;采用单元组合的方式构造了船体的简易模型。通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算确定海冰与船体结构之间的相互作用。采用以上离散单元模型对不同冰速、冰厚、冰块尺寸、密集度条件下海冰与船体的动力作用过程进行了数值计算,并对比分析了不同海冰参数下冰对船体作用力的幅值。结果表明:冰对船体的作用力随冰厚、流速、密集度、冰块尺寸的增加而增大。本文工作可为冰区船舶的安全运行和结构设计提供参考。 展开更多
关键词 离散元方法 碎冰区 船体 冰力
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船舶碎冰区斜航运动的水动力导数预报 被引量：1
4
作者 王超 刘正 +2 位作者 傅江妍 汪春辉 郭春雨 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期144-152,共9页
目前敞水水动力导数的研究较为成熟,冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。为求解碎冰工况下冰水耦合后船舶斜航运动水动力导数,使用CFD软件STAR-CCM+中DEM颗粒模拟碎冰粒子,开启DEM模块下双向耦合模式,通过动量、能量交换达... 目前敞水水动力导数的研究较为成熟,冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。为求解碎冰工况下冰水耦合后船舶斜航运动水动力导数,使用CFD软件STAR-CCM+中DEM颗粒模拟碎冰粒子,开启DEM模块下双向耦合模式,通过动量、能量交换达到冰块与水耦合作用,并选用小漂角工况分别为0°、2°、4°、6°、8°进行了斜航运动数值模拟。忽略自由液面的影响。分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶所受的侧向力以及转艏力矩,通过对各漂角下无因次后的力以及力矩拟合从而求解出各个水动力导数。考虑冰块的干扰具有随机性所以采用干扰后的力以及力矩最大值以及最小值分别求解对应的水动力导数,形成一个水动力波动区间,更为真实地预报冰水耦合下的船舶水动力导数。通过计算结果表明,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与模型统计公式计算值相差不大,冰水耦合后部分水动力导数波动区间端点值出现正负,冰水耦合后水动力导数随机性较大。 展开更多
关键词 斜航运动 碎冰区 冰水耦合 DEM 冰水耦合水动力导数
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船舶碎冰区横荡运动的水动力导数研究
5
作者 王超 刘正 +2 位作者 朱江波 汪春辉 郭春雨 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期1303-1314,共12页
目前敞水水动力导数的研究较为成熟,针对冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。本文使用STAR-CCM+软件中DEM颗粒模拟碎冰粒子,求解碎冰区冰水混合介质中船舶横荡运动水动力导数。通过开启DEM模块下双向耦合模式,进行动量、能... 目前敞水水动力导数的研究较为成熟,针对冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。本文使用STAR-CCM+软件中DEM颗粒模拟碎冰粒子,求解碎冰区冰水混合介质中船舶横荡运动水动力导数。通过开启DEM模块下双向耦合模式,进行动量、能量交换达到冰块与水耦合作用。选取低频频率f分别为0.06 Hz、0.08 Hz、0.1 Hz、0.12 Hz、0.14 Hz进行横荡运动数值模拟,忽略自由液面的影响,分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶各运动频率下所受的侧向力以及转艏力矩,并通过对各频率下无因次后的力以及力矩拟合来解出部分水动力导数。通过计算得知,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与统计公式计算值相差不大,冰水耦合后大部分水动力导数在低频率下明显大于敞水工况下的水动力导数,而水动力导数Yv’值比敞水工况值小。 展开更多
关键词 横荡运动 碎冰区 冰水耦合 DEM 冰水耦合水动力导数
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基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析 被引量：9
6
作者 朱红日 季顺迎 刘璐 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期454-463,共10页
离散元方法广泛应用于海冰,特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性,基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态,并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填... 离散元方法广泛应用于海冰,特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性,基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态,并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充,从而确定碎冰区的初始分布场。在采用Voronoi图进行碎冰区构造时,可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定。为确定冰块的不同几何规则度,综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换。为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律,对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析,从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性。在此基础上,本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算,讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响。 展开更多
关键词 碎冰区 Voronoi切割算法 离散元方法 锥体海洋结构 冰荷载
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平整冰和碎冰区单桩锥体风电基础结构冰载荷离散元分析 被引量：1
7
作者 王祥 刘璐 +1 位作者 杨海天 季顺迎 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期44-53,共10页
在渤海和北黄海海域,冰载荷是影响风电基础结构振动响应及疲劳寿命的关键因素。对于单桩风电柔性结构而言,在水线处安装抗冰锥可有效降低冰载荷,保障海上风电安全运行。为分析海冰对锥体风电结构的冰载荷,基于扩展多面体离散元方法模拟... 在渤海和北黄海海域,冰载荷是影响风电基础结构振动响应及疲劳寿命的关键因素。对于单桩风电柔性结构而言,在水线处安装抗冰锥可有效降低冰载荷,保障海上风电安全运行。为分析海冰对锥体风电结构的冰载荷,基于扩展多面体离散元方法模拟了平整冰和碎冰对锥体风电结构的作用过程,分析了不同锥径和海冰密集度下的锥体风电结构冰载荷及冰激结构振动响应。计算结果表明,锥体结构冰载荷具有显著的随机性和周期性,平整冰对锥体结构冰载荷要明显高于碎冰;平整冰对上锥体的冰载荷大于下锥体冰载荷,而碎冰对上锥的冰载荷却小于下锥体冰载荷;所提方法可有效模拟海冰对锥体风电结构的作用力。 展开更多
关键词 离散元方法 冰载荷 锥体风电结构 平整冰 碎冰区
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气泡辅助航行系统降低船模-碎冰相互碰撞的试验研究 被引量：3
8
作者 倪宝玉 钟凯 +1 位作者 张东江 薛彦卓 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期10-16,共7页
通过模型试验探究气泡辅助系统降低船舶与碎冰相互碰撞的机理,依托“雪龙2”号船模设计了气泡辅助航行系统,在哈尔滨工程大学室外冰水池内进行了非冻结模型冰碎冰航道的船模拖航试验。通过机理试验,探究气泡辅助航行系统使用前后船模与... 通过模型试验探究气泡辅助系统降低船舶与碎冰相互碰撞的机理,依托“雪龙2”号船模设计了气泡辅助航行系统,在哈尔滨工程大学室外冰水池内进行了非冻结模型冰碎冰航道的船模拖航试验。通过机理试验,探究气泡辅助航行系统使用前后船模与浮冰相互作用模式的差异,同时根据船艏、船舯的浮冰清除效果,分析该系统对这两部分浮冰碰撞作用的减轻程度;随后改变试验参数,探究航速、喷气量以及浮冰密集度对该系统工作效果的影响,进一步探究该气泡辅助系统的工作机理。 展开更多
关键词 碎冰区航行 气泡辅助航行技术 清冰 船模试验 非冻结模型冰
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