极地船舶在极地中承担着勘探考察,商业运输等重要的任务,须在一定厚度的海冰中保持合理的速度,且能保证具备在覆盖有雪的海冰中航行,及穿过含有冰脊地区的能力。全球气候的持续变暖致使极地大量冰层的规模不断减少,北极部分地区的海冰冰厚也逐渐降至能使破冰船通行的厚度。极地船舶在特定冰况下的操纵性也不可或缺,针对极地船舶操纵性能的合理预报是极地船舶设计以及运营的关键技术之一。在与极地船舶作用过程中,平整冰发生破坏时的断裂形式主要表现为环向裂纹状,本文根据极地船舶在平整冰中航行时的物理现象,建立平整冰断裂失效模式,构建基于环向裂纹法的极地船舶与平整冰相互作用模型,并进行相关程序开发,模拟了极地船舶强非线性动态冰载荷及其船舶运动响应,揭示了海冰物理特性与力学特性对冰阻力的影响规律,归纳总结了破冰过程中作用在船体的局部冰载荷时空变化特点,主要的研究工作和成果如下:（1）基于平整冰的理想断裂形态,引入海冰承载能力半经验公式,改进了环向裂纹法,同时根据船-冰几何接触情况,借助经验公式计算获得局部冰载荷,用于极地船舶结构强度分析。（2）通过对船体三维模型的分析,提取船体的水线面散点,计算各船体节点处的结构倾角。根据海冰作用处的船体结构倾角的不同,建立海冰弯曲断裂失效与挤压破碎失效数学模型。（3）考虑动态冰载荷、流体作用力以及船舶推力,建立船舶运动方程,通过求解船舶运动微分方程,获得极地船舶直航和回转过程中的总体以及局部冰载荷,用于模拟船舶极地航行性能。（4）基于雪龙号破冰船与各极地站点收集测量的平整冰参数信息,生成符合实测海冰参数概率分布的伪随机数,采用改进的环向裂纹法计算破冰船冰阻力的概率分布,开展数值模拟的分布结果与半经验公式及实测结果的对比分析研究。结果表明:本文的数值方法及其预报程序结果与实测分布能较好吻合,并且能够快速计算出船体局部冰载荷,提取整个破冰过程中的冰载荷幅值,而传统的半经验公式方法预报误差较大,缺乏海冰形态、三维船体尺度等关键输入参数。（5）基于PSRV S.A.Agulhas II与AHTS/IB Tor Viking II的实船试验,归纳了船舶在直航与回转工况中,不同冰厚下船体部位冰载荷的变化趋势,以及不同冰厚下船舶回转轨迹与回转直径。基于本文的数值预报方法,针对相同工况开展了数值模拟工作。结果表明:0.6m冰厚下,本数值模拟的回转直径与海试试验数据误差仅为8%,且较好地展现了发生在船艉肩部等大船体倾角部位的海冰挤压破碎失效事件。（6）本文提出的改进环向裂纹法能较好的预报船舶在平整冰中的回转轨迹与船舶所受冰力,在各类工况下均有着良好的精度。接下来可以考虑将海冰失效模式的深入研究以及更贴合实际的平整冰与碎冰混合冰场作为研究的重点方向。