随着北极地区海洋开发进程的不断前行,对极地船舶安全造成隐患的海冰灾害问题、海冰与船舶碰撞问题渐渐紧迫起来,这些问题会造成船员的伤亡和难以预估的经济损失。所以,极地船舶与海冰碰撞的研究就是极地区域资源的开发问题上不能规避的一项重要研究。而且对船-冰碰撞问题的不断探究,不仅能够对极地船舶的结构防撞设计起一定的作用,也可以预报船体结构的损伤变形,并评估船体结构的安全程度。但是由于海冰的原型观测所消耗的人力物力过于庞大,而且难以控制的现场试验环境也会造成冰破坏机制的重叠,因此,本文研究了一种非冻结模型冰,验证其物理力学性能,使其能够代替海冰进行船-冰碰撞模型试验研究和船-冰碰撞结构响应的研究。本文主要工作如下:非冻结模型冰物理特性以及力学特性研究,首先通过研究极地海冰的物理力学特性,确定出在一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性能指标。然后制作多个配比的模型冰,分别对其进行密度、弯曲强度、弹性模量、压缩强度的试验测定。最后寻找到一种配比的模型冰,这种模型冰的物理力学性质符合一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性能指标,并将其配比作为后续试验模型冰的配比。船体板架-模型冰碰撞试验研究与数值模拟研究,首先通过相似性原理将某极地船的板架结构按照模型冰的缩尺比进行缩尺加工,之后根据收集到的资料总结,确定模型冰的尺寸,以及船体板架-模型冰的碰撞位置,碰撞速度等,并进行船体板架与模型冰碰撞的模型试验,测量船体板架的结构损伤变形、应力大小以及碰撞力大小,总结出撞击位置点结构的不同对船体板架-模型冰碰撞结果产生的影响;然后建立与模型试验相同的船体板架-模型冰碰撞的数值模型并进行仿真计算,将模型试验结果与数值仿真结果进行对比,以证明船体板架-模型冰碰撞数值仿真方法的准确性,从而为船艏与模型冰的碰撞仿真研究奠定基础。船-冰碰撞结构响应数值模拟计算与分析,选取极地船艏部作为计算对象,结合非线性有限元软件LS-DYNA来探究船艏与极地海冰碰撞的结构响应问题以及缩尺模型船船艏与模型冰碰撞的结构响应问题,并进行结果的对比,然后分析缩尺模型船艏与实船船艏在碰撞过程中的损伤变形、船艏最大应力值、碰撞力之间的关系,进而验证本文选取缩尺比1:5的缩尺模型船船艏与实船船艏进行对比的合理性。