本文采用數(shù)值仿真方法研究某PC4級油船在極地碎冰區(qū)航行時船首與浮冰發(fā)生碰撞時的動響應特性,考慮碰撞引起的冰-水耦合作用,分析浮冰形狀及碰撞位置對船體結構響應、船-冰碰撞力特性的影響,研究不同碰撞工況下船體外板的應力分布和冰體破損特征,對油船極地冰區(qū)航行操作規(guī)程的制定及抗冰結構設計具有指導作用。 

【文章來源】：艦船科學技術. 2020,42(23)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

浮冰類型Fig.3Typeoffloatingice

一種為船首與塊狀浮冰邊緣中部發(fā)生碰撞。因此，本文船舶與浮冰碰撞場景分為5種工況，各工況的定義如表4和圖5所示。表4船舶與浮冰碰撞工況表Tab.4Collisioncasetable工況編號場景描述浮冰邊長（半徑）/m浮冰質量/kg浮冰厚度/m工況1船首與圓形冰面浮冰邊緣接觸7.5190.91.2工況2船首與正方形冰面浮冰邊緣接觸13.293工況3船首與正方形冰面浮冰尖端接觸13.293工況4船首與正五邊形冰面浮冰邊緣接觸10.135工況5船首與正五邊形冰面浮冰尖端接觸10.135圖5船舶與浮冰碰撞工況圖Fig.5Collisioncasepattern3計算結果分析本文模擬了該PC4級極地油船從船首尖與浮冰接觸開始后5s時間內的船-冰碰撞動態(tài)過程，分別對5種碰撞工況下的船體結構響應、冰體運動與破損及船-冰碰撞力數(shù)值仿真計算結果進行分析。3.1船體結構響應船舶與浮冰發(fā)生碰撞時船體結構會在冰體撞擊下產(chǎn)生結構響應，對于極地航行的油船來說，冰體撞擊一旦造成外殼板破裂將會造成原油外泄，不僅威脅船體結構安全，也會對海洋環(huán)境造成污染。本文對目標第42卷劉俊杰，等：油船極地航行與浮冰碰撞動響應特性研究·165·

?泄辜?加冒蹇塹ピ?Ｄ猓?ピ?卣鞒ざ任?200mm，船首結構采用彈塑性材料模擬；首部細化區(qū)域之后的船體采用分段模型（建議分15～20段，本文分15段），并用較大的有限元網(wǎng)格表達船體主要構件，通過調整各段船體密度，使得模型重量及重心沿船體縱向、垂向分布與實船相同，并采用剛性材料模擬。建立的船體有限元模型如圖1和圖2所示。表1PC4級油船主要參數(shù)Tab.1PC4oiltankermainparameters尺度垂線間長LPP/m型寬B/m型深D/m吃水d/m滿載排水量/t數(shù)值2754423.815110000圖1船體結構材料分區(qū)Fig.1Hullstructurematerialdistribution圖2船首結構有限元模型Fig.2Finiteelementmodelofbowstructure本文計算對象PC4級極地油船首部涉冰帶結構采用高強鋼建造，在對船體與浮冰碰撞過程進行數(shù)值仿真時采用彈塑性材料模擬，并考慮材料的應變率敏感性，采用的材料參數(shù)如表2所示。表2船體材料數(shù)值模擬參數(shù)（首部彈塑性材料）Tab.2Parametersofshipmaterial名稱參數(shù)量值名稱參數(shù)量值σs屈服應力/MPa400密度/kg·m37850E彈性模量/MPa2.06×105應變率參數(shù)D40.5硬化模量Eh/MPa1.18×105應變率參數(shù)p5泊松比μ/MPa0.3εmax最大失效應變0.281.2浮冰與海水有限元模型浮冰的生成受諸多因素的影響，其形狀多種多樣，常見的有餅狀浮冰和塊狀浮冰（見圖3），同一圖3浮冰類型Fig.3Typeoffloatingice·164·艦船科學技術第42卷

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3337959