随着寒区油气等自然资源的开发利用,冰区船舶及海洋工程装备设计研究备受国际社会关注。极地船舶及寒区海上风电工程装备分别作为支撑发展北极航道运输和寒区可再生能源开发的重要海洋工程装备,研发设计该工程装备具备极高的战略价值。极地船舶作为北极航道运输、破冰引航、科学考察及救援任务于一体的重要海洋工程装备,面临复杂冰区航行工况,需具备较好的结构抗冰性能和操纵破冰能力,并进一步满足海洋工程结构作业保障工作。此外,针对寒区单桩风电基础结构,其不可避免地遭受海冰侵袭,对其运行安全、结构可靠性等方面带来严重危害。因此,需要采用合理有效的方法开展冰区船海工程结构抗冰性能及其运动响应计算研究,为极地船舶破冰航行安全及风电结构抗冰设计提供重要参考。本文采用扩展多面体离散单元法模拟海冰初始场,开展冰区船海工程装备结构冰载荷及运动响应计算研究。首先,针对极地船舶定常航行冰载荷问题研究,目前国内外已取得较为丰富的研究成果,但对非定常破冰航行及操纵破冰性能研究内容尚且匮乏,尤其是基于离散元方法的六自由度仿真计算。这里基于离散元方法研究船体在海水作用下的六自由度运动响应,采用舵桨操纵计算模型对极地船舶非定常航行冰载荷及操纵破冰性能展开计算分析;另外,针对海冰与风电基础结构作用下的抗冰性能问题,将装有抗冰锥结构的单桩风电基础结构作为研究对象,对海冰-锥体结构作用过程中上下锥、不同锥径及冰况下的结构冰载荷及振动位移响应展开数值模拟,分析了上下锥及冰况影响下的冰力变化差异。本文主要研究内容如下:发展了极地船舶非定常六自由度直航运动模型。模拟了定常航速下的直航破冰过程,将计算结果分别与Dubrovin及Lindqvist冰阻力公式结果进行对比,验证了该方法的可行性。后续基于非定常运动模型,分析了冰况对极地船舶航速、冰载荷及运动状态的影响。采用极地船舶非定常操纵模型,对敞水操纵计算结果与实船试航结果进行比较,验证该计算模型的可靠性;对冰况及操纵角影响下的极地船舶操纵性能响应结果开展比较分析。建立了风电基础结构“质量-刚度-阻尼”计算模型,模拟了海冰与单桩锥体风电基础结构的相互作用过程,模拟结果与ISO及IEC规范计算结果有较好的一致性,验证了该离散元法的可行性,并分析了锥径及冰况影响下的结构冰载荷及运动响应。最后,对本文开展的研究工作进行了总结与展望。