基于黏聚单元法计算分析海洋平台锥形立柱冰载荷

詹开宇，曹留帅，万德成

(上海交通大学 船海计算水动力学研究中心(CMHL) 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240)

在寻求新资源和新能源的大环境下，越来越多的国家将目光聚集到了极地。南北极地区虽然常年被冰雪覆盖，但其辽阔冰原下覆盖的丰富资源是人类的一笔宝贵财富。近年来，人类对于海洋资源的开发逐步向寒区延伸和发展。在极地探索研究中，需要考虑冰载荷对海洋结构物的影响。冰载荷是寒区的主要环境载荷。极地的海冰以多种形式存在，如层冰、碎冰、冰脊和冰山等，其中层冰是主要存在形式之一，也是研究海冰与结构物相互作用时最常考虑的载荷形式。

关于结构物层冰载荷的测量与预报，国内外学者最早使用的方法是直接测量和试验模拟方法，并总结出了一系列用以估算层冰载荷的经验公式[1-3]。但是直接测量的难度较大，且设备的安装和维护成本较高；试验方法对试验环境的要求较高，且对于不同类型的海洋结构物和不同形式的海冰普适性不佳。近年来，学者们开始采用多种数值方法进行冰载荷模拟尝试，其中得到广泛应用的是离散单元法(discrete element method，简称DEM)和有限元法(finite element method，简称FEM)。离散单元法将海冰模拟成黏结在一起的颗粒，通过改变颗粒间作用形式和作用力的参数，能够较准确模拟处平整冰的破坏和堆积效果，在模拟海冰离散特性方面有较明显的优越性；有限元法的重点和优点在于可以较好地研究海冰结构的变形。……