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冰区航行船舶冰阻力及六自由度
运动响应的离散元分析
摘
要:冰阻力是冰区船舶航行过程中的重要影响因素,对船舶航行性能及航行安全带来严峻挑战。该文采用
扩展多面体离散元方法建立冰船动力作用过程的三维离散元方法,基于船舶推进功率与推进力间近似关系,将
螺旋桨推力、冰载荷、舵力及水动力等载荷分开考虑,开展恒功率破冰船六自由度非线性操纵直航冰阻力及运
动响应计算。为验证该离散元方法的可靠性,对比了碎冰区DUBROVIN及平整冰区LINDQVIST冰阻力公式
计算结果。基于船舶在不同主机推进功率及复杂冰况下的直航冰阻力计算结果,展开对船舶破冰航速的影响因
素分析。在此基础上,给出了船舶垂荡、横摇、纵摇等冰区船舶运动响应模拟结果和极地船舶运动响应预报结
果,最后对碎冰及平整冰区船舶冰阻力及运动响应展开了对比分析。该方法可有效计算船舶冰阻力,其模拟结
果可为冰区船舶运动响应及航行安全预警提供重要参考。
关键词:破冰船;扩展多面体;离散元;主机功率;冰阻力
DISCRETE
ELEMENT
ANALYSIS
OF
ICE
RESISTANCES
AND
SIX-DEGREES-OF-FREEDOM
MOTION
RESPONSE
OF
SHIPS
IN
ICE-COVERED
REGIONS
Abstract:
The
ice
resistance
is
an
important
factor
in
the
navigation
process
of
ships
in
ice
areas,
which
brings
serious
challenges
to
the
navigation
performance
and
navigation
safety
of
ships.
In
this
study,
the
dilated
polyhedron
based
discrete
element
method
(DPDEM)
is
used
to
establish
a
three-dimensional
discrete
element
method
(DEM)
of
the
ice-ship
dynamic
interaction
process,
based
on
the
approximate
relationship
between
ship
propulsion
power
and
propulsion
force,
and
considering
propeller
thrust,
ice
load,
rudder
force
and
hydrodynamic
load
separately,
the
ice
resistance
and
motion
response
of
6-DOF
nonlinear
manoeuvre
straight
navigate
of
constant
power
icebreaker
are
calculated.
In
order
to
verify
the
reliability
of
the
DEM,
the
results
of
DUBROVIN
and
LINDQVIST
ice
resistance
formulas
in
a
broken
ice
region
and
a
flat
ice
region
were
compared
and
analyzed.
Based
on
the
simulation
results
of
the
ice
resistance
on
ship
under
different
propulsion
power
and
complex
ice
conditions,
the
influencing
factors
of
ship
speed
are
analyzed.
Accordingly,
the
simulation
results
of
ship
motion
收稿日期:2021-10-11;修改日期:2022-01-26
244工程力学
response
in
ice
areas,
such
as
ship
heave,
roll
and
pitch,
and
the
prediction
results
o
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