基于SPH方法的船-冰相互作用仿真分析研究.pdf

1、近年來(lái)，全球溫度升高，極地冰雪加速融化，人類(lèi)將目光轉(zhuǎn)向極地開(kāi)發(fā)和利用，具有破冰能力的船舶在此問(wèn)題上發(fā)揮了極大的作用。極地航行過(guò)程中，船-冰間的相互作用是一種極其復(fù)雜的物理過(guò)程，目前仍然沒(méi)有一種理論方法能夠準(zhǔn)確有效的對(duì)此過(guò)程進(jìn)行描述。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用有限元軟件模擬船-冰間的相互作用成為一種可靠方法。傳統(tǒng)有限元模擬過(guò)程中，海冰網(wǎng)格承受極大應(yīng)力會(huì)發(fā)生扭曲、畸變現(xiàn)象，可能導(dǎo)致終止計(jì)算的問(wèn)題發(fā)生。單元侵蝕技術(shù)雖然可以避免畸變問(wèn)題但會(huì)產(chǎn)生

2、能量損失和改變物體邊界，影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性?；谝陨蠁?wèn)題，本文對(duì)船-冰相互作用提出了一套基于無(wú)網(wǎng)格方法的船-冰相互作用仿真分析方法。
　　本文的主要工作有以下幾點(diǎn)：
　　1.針對(duì)考慮塑性的海冰本構(gòu)模型，對(duì)屈服前的力學(xué)模型、海冰破壞準(zhǔn)則和流動(dòng)法則進(jìn)行深入研究，提出三種不同本構(gòu)模型，并分析其在船-冰碰撞過(guò)程中的適用性。
　　2.將 SPH引入船-冰碰撞數(shù)值仿真方法。詳細(xì)描述船-冰碰撞基本過(guò)程，簡(jiǎn)要介紹SPH方法的基礎(chǔ)理論

3、，利用SPH、FEM耦合方法高效且準(zhǔn)確模擬船-冰碰撞過(guò)程，對(duì)比傳統(tǒng)有限元方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。
　　3.利用 SPH-FEM耦合方法進(jìn)行水介質(zhì)中船-冰碰撞的數(shù)值仿真。考慮船舶航速、碰撞角度、冰排厚度等碰撞關(guān)鍵因素對(duì)碰撞力、破損情況等影響規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
　　4.運(yùn)用非線性動(dòng)態(tài)分析方法校核船舶破冰過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，研究不同工況下船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并與準(zhǔn)靜態(tài)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析。研究冰區(qū)船舶破冰過(guò)程中船體梁載荷，分析