浮冰碰撞下船体板塑性动力响应预测方法

蔡伟，朱凌*,3，毕璐泽

1 武汉理工大学 高性能舰船技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430063

2 武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063

3 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240

0 引 言

极地资源开发、航道运输以及科考成为当今世界各国关注的热点话题。随着全球气候变暖，北极冰川加速融化，致使浮冰，特别是冰山逐渐增多，给航行于冰区的船舶结构安全带来了巨大挑战。极地船舶在冰区航行时难免会受到浮冰的碰撞，在一些极端冰碰载荷作用下，船体结构易出现塑性变形甚至是破坏断裂，从而导致人员伤亡、货物泄露、环境污染等问题以及沉船事故。因此，有必要开展冰碰载荷作用下船舶结构动力响应评估方法的研究，探讨冰体碰撞作用下船体结构的塑性变形损伤问题。

对于船−冰碰撞结构动力响应问题，目前主要采用实船测试法、模型实验法和数值分析法。Gagnon 等[1]和Ritch 等[2]针对加拿大海岸警卫队的 Terry Fox 号破冰船开展冰山碰撞试验，研究其艏部碰撞压力和冰山碰撞力，并结合有限元计算结果进行了预测分析。Kim 等[3]对水池中的冰体与板架模型开展了碰撞试验研究，分析了板架的塑性变形情况及碰撞力。闫梦娇等[4-5]针对楔形冰撞击船体板开展模型试验，分析了碰撞力以及船体板模型的塑性变形情况。有限元方法是常见的数值分析法。Liu 等[6]采用LS-DYNA 软件，基于开发的各向同性弹塑性冰材料模型，开展冰山与船艏结构碰撞动力响应数值模拟，分析了结构的变形损伤及能量吸收情况。……