极地船舶与浮体结构物力学问题研究综述

薛彦卓，倪宝玉，2

(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;2.University College London，Department of Mechanical Engineering，London，UK，WC1E 7JE)



极地船舶与浮体结构物力学问题研究综述

薛彦卓1，倪宝玉1，2

(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;2.University College London，Department of Mechanical Engineering，London，UK，WC1E 7JE)

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。

关键词:北极;极地船舶;浮体结构物;力学问题;综述

近40年来，北极海冰的覆盖面积和厚度持续缩减，这种变化趋势所产生的经济价值已引起世界各国的极大关注。一方面，北极航道是连接太平洋北部与大西洋北部最短的航道，使用北极航道要比绕行南部的苏伊士运河和巴拿马运河节省至少40％的航程;另一方面，北极油气资源储存量巨大，据评估世界上30％未开采的天然气和13％未开采的石油储存在北极圈内。为开发北极航道和开采北极资源，世界各国尤其近极地国家如美国、俄罗斯、加拿大等均加大极地航行船舶和浮体结构物的研发力度，在极地环境载荷预报、浮体结构响应、总体性能控制、海洋装备设计评估等方面取得了较大进展。……