基于近场动力学的破冰阻力预报方法研究

王超， 曹成杰， 熊伟鹏， 叶礼裕， 汪春辉

(哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

冰阻力是影响极地航行船安全的主要因素。在航行过程中，打破有限厚度的海冰，保证安全的航线是其主要任务[1]。针对冰阻力问题，研究者进行了大量的研究工作。实船试验在冰阻力值的测量和冰层破坏模式的观测上有着不可取代的作用[2-3]，但代价太大，逐渐被日益成熟的、结果准确、现象可靠的模型试验而取代[4-7]。但受限于试验条件，模型试验难以满足全部研究者的需求。随着计算机技术的逐渐成熟，数值模拟成本降低，参数设置灵活，结果较为准确，使用范围日益广泛。

由于船-冰接触过程会产生大量的冰块断裂、裂纹扩展等非连续问题，采用传统有限元方法难以准确模拟冰的破坏形式及有效地处理冰的极端大变形问题，模拟出的现象往往不太理想[8-11]。而断裂、破坏相关的数值模拟中采用较多的方法是基于离散元、光滑粒子流体动力学及近场动力学等无网格方法来实现的。其中，近场动力学理论因其基于位移函数的积分形式来构造基本的运动方程，构建的运动方程不存在微分项，有效地避免类似连续介质力学在处理不连续问题时存在发散的问题[12]。适用于计算均匀或非均匀材料结构的断裂、损伤、破碎和大尺度变形等问题。赵国良[13]应用近场动力学建立船艏-冰的相互作用模型，对连续破冰、碎冰航行等工况下的冰载荷影响因素进行分析。……