發(fā)布時間：2021-10-09 23:59

　　北極航道隨海冰范圍和冰厚的減小表現(xiàn)出越來越高的商用價值,在北極航道開辟的大環(huán)境下,其資源勘探迫在眉睫,極地物探船也應運而生。由于極地物探船作業(yè)的特殊性,每年需往返于極地海域與其他開敞海域,其作業(yè)窗口期通常為夏季和秋季,但在臨近作業(yè)窗口期結(jié)束時或返航途中極易遭受平整冰冰況,因此極地物探船仍需具有一定的破冰能力。極地海域的浮冰環(huán)境和平整冰環(huán)境下的不同冰況對船舶阻力會產(chǎn)生極大的影響,而阻力則影響極地物探船作業(yè)的拖帶能力,這對物探船的經(jīng)濟性和效率起到?jīng)Q定性作用。因此開展極地物探船在浮冰環(huán)境和平整冰環(huán)境下的冰阻力預報及參數(shù)敏感性研究具有重要的工程意義,是極地物探船的設(shè)計及優(yōu)化的核心關(guān)鍵問題。本文通過壓力-面積曲線驗證了本構(gòu)模型為彈性斷裂失效模型的冰材料,基于Voronoi圖對隨機分布和不規(guī)則幾何形狀的浮冰開展了參數(shù)化建模,并利用遺傳算法對浮冰尺度概率分布開展了全局優(yōu)化研究,最后采用非線性有限元軟件LS-Dyna的流固耦合技術(shù)對物探船在浮冰環(huán)境和平整環(huán)境下的冰阻力預報及相關(guān)參數(shù)敏感性開展了數(shù)值模擬研究,并與相關(guān)經(jīng)驗公式進行了對比分析,為極地物探船的阻力性能研究提供參考。本文具體研究內(nèi)容如下:1.根... 

【文章來源】：江蘇科技大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 北極資源概況與北極航道
        1.1.2 物探船的發(fā)展與應用
    1.2 冰阻力預報國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 海冰定義
        1.2.2 海冰分類及特征尺度
        1.2.3 海冰材料特性試驗研究現(xiàn)狀
        1.2.4 浮冰環(huán)境下的冰阻力國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.5 平整冰環(huán)境下的冰阻力國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作
    1.4 本文創(chuàng)新點
第2章 非線性有限元理論及冰材料驗證
    2.1 LS-Dyna非線性有限元理論基礎(chǔ)
        2.1.1 顯式時間積分算法
        2.1.2 沙漏及其控制
        2.1.3 動態(tài)接觸算法
    2.2 ISO理論標準曲線及冰錐擠壓試驗
        2.2.1 ISO理論標準曲線
        2.2.2 冰錐擠壓試驗
    2.3 鋼板擠壓球頭冰體數(shù)值模擬
        2.3.1 鋼板-球頭冰體有限元模型
        2.3.2 冰體破碎模式分析
        2.3.3 壓力-面積曲線驗證
    2.4 本章小結(jié)
第3章 浮冰區(qū)參數(shù)化建模及浮冰尺度概率分布對冰阻力的影響
    3.1 基于Voronoi圖的浮冰區(qū)參數(shù)化設(shè)計
        3.1.1 Voronoi圖理論及構(gòu)建方法
        3.1.2 參數(shù)化設(shè)計工具Grasshopper簡介
        3.1.3 浮冰區(qū)設(shè)計流程
        3.1.4 浮冰MCD概率分布規(guī)律
    3.2 基于遺傳算法的浮冰MCD概率分布優(yōu)化
        3.2.1 服從冪函數(shù)的浮冰MCD概率分布規(guī)律
        3.2.2 Galapagos遺傳算法運算器
        3.2.3 浮冰MCD概率分布優(yōu)化
    3.3 浮冰MCD概率分布規(guī)律對浮冰阻力的影響
        3.3.1 流固耦合分析技術(shù)及ALE算法簡介
        3.3.2 物探船-浮冰環(huán)境有限元模型
        3.3.3 網(wǎng)格尺寸對計算結(jié)果的收斂性分析
        3.3.4 緩沖水域及浮冰-水面初始間距有效性分析
        3.3.5 計算結(jié)果及分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 物探船浮冰阻力參數(shù)敏感性及阻力成分研究
    4.1 浮冰阻力冰厚敏感性研究
        4.1.1 計算工況設(shè)置
        4.1.2 計算結(jié)果及分析
    4.2 浮冰阻力密集度敏感性研究
        4.2.1 計算工況設(shè)置
        4.2.2 計算結(jié)果及分析
    4.3 浮冰阻力航速敏感性研究
        4.3.1 計算工況設(shè)置
        4.3.2 計算結(jié)果及分析
    4.4 阻力成分對比分析
        4.4.1 網(wǎng)格劃分及邊界條件
        4.4.2 工況設(shè)置及計算結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 物探船破冰阻力參數(shù)敏感性研究
    5.1 物探船連續(xù)破冰有限元模擬
        5.1.1 有限元模擬參數(shù)設(shè)置
        5.1.2 計算結(jié)果及經(jīng)驗公式對比分析
        5.1.3 冰層破壞模式分析
    5.2 破冰阻力航速敏感性研究
        5.2.1 計算工況設(shè)置
        5.2.2 計算結(jié)果分析
    5.3 破冰阻力冰厚敏感性研究
        5.3.1 計算工況設(shè)置
        5.3.2 計算結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    全文總結(jié)
    研究展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文
致謝



本文編號：3427240