破冰船冰載荷及運(yùn)動響應(yīng)研究.pdf

1、南北兩極蘊(yùn)藏著豐富的自然資源，是未來重要的能源資源基地。且南北兩極蘊(yùn)含著十分巨大的經(jīng)濟(jì)、政治、軍事利益，探索和開發(fā)南北兩極具有重要的戰(zhàn)略意義。因此作為探索和開發(fā)極地地區(qū)的主要載體，破冰船的研究對我國的戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的意義。由于破冰船航行區(qū)域以及作業(yè)環(huán)境的特殊性，海冰與船體的相互作用受到了研究人員的廣泛關(guān)注，但是目前對于破冰船所受冰載荷以及破冰船的運(yùn)動響應(yīng)研究還處于起步階段，有許多問題急需解決。本文主要針對破冰船連續(xù)式破冰過程

2、中船體六自由度內(nèi)的運(yùn)動響應(yīng)求解進(jìn)行了深入的分析和研究，主要研究工作如下：
　　1、對破冰船的破冰過程做了一些簡化與基本假設(shè)，確立了兩個基本坐標(biāo)系及其間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，引入了破冰船的運(yùn)動微分方程。分析了破冰船破冰過程中的受力情況，引入了計算碎冰、螺旋槳、船舵、周圍流體作用力的半經(jīng)驗公式。系統(tǒng)闡述了運(yùn)用Newmark法對破冰船六自由度內(nèi)運(yùn)動響應(yīng)的求解方法。
　　2、研究總結(jié)了海冰的物理特性和力學(xué)行為，分析了破冰船船首和船中與冰排的相

3、互作用以及破冰船破冰的進(jìn)程機(jī)理。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)及理論分析，構(gòu)建了包含冰排二次斷裂在內(nèi)的冰力函數(shù)。
　　3、在前述理論基礎(chǔ)上，運(yùn)用MATLAB編寫相應(yīng)程序，對破冰船的直行過程和回轉(zhuǎn)過程進(jìn)行數(shù)值求解，得到船體運(yùn)動響應(yīng)的時歷曲線，并將計算結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗證了本文計算方法的準(zhǔn)確性和可靠性。
　　4、通過限制船體某些自由度的運(yùn)動，分析了船舶運(yùn)動與破冰性能之間的相互影響。
　　5、改變船首特征參數(shù)，通過設(shè)定不同的首柱傾