近年来随着全球气候的不断变暖,极地冰川的消融情况日益严重,极地科学考察、资源开发和航道开辟等人类活动也逐渐增多,对适用于冰区航行的船舶提出了更高的需求。船舶在冰区海域航行时,处于以海冰为主的复杂环境条件之下。为了保证极地船舶航行的安全性,需要对冰载荷作用下的船舶局部结构进行疲劳损伤研究,为极地船舶的设计和维护提供保障。极地通常指的是北极圈(66°34′N)以北和南极圈(66°34′S)以南的地区,常年被海冰覆盖。近年来随着北极地区海冰的持续消融和航运技术的进步,北极航道通航季不断延长,通航条件不断优化,对冰区航行船舶的研究也不断深入。极地船舶在设计和运营中需要考虑海冰对结构疲劳的影响。本文主要针对极地冰区船舶局部结构在海冰作用下的疲劳问题进行研究,对冰载荷作用下的船舶结构进行疲劳分析。在冰载荷作用下船舶结构疲劳分析的过程中,构造合理的疲劳工况十分重要。本文通过对“雪龙”号科学考察船北极科学考察中观测的数据进行统计分析,得到海冰疲劳参数,主要包括海冰厚度和船舶航速。以此为基础得到两者的联合概率分布,构造冰区航行疲劳工况。本文建立船舶艏部结构的有限元模型,采用时域分析的方法,采用基于实测数据得到的冰载荷进行结构的疲劳分析,得到结构热点应力的分布及大小;采用雨流计数法统计应力循环历程,并利用S-N曲线和Miner线性累计损伤理论计算结构的疲劳损伤度,进而评估疲劳寿命。在冰载荷数值模拟分析中,离散元方法可以高效合理地模拟船舶结构与海冰之间相互作用的过程。本文采用球形颗粒单元构造海冰的离散元模型,考虑球形颗粒单元的接触模型、平行粘结模型和断裂模型,模拟船舶与平整冰之间的相互作用。通过构造典型的冰区航行工况,得到船舶艏部结构的时程冰载荷数据,计算出基于离散元方法冰载荷作用下的船舶艏部结构疲劳损伤度。本文的开展了冰载荷作用下船舶结构的疲劳损伤分析,构造了“雪龙”号科学考察船冰区航行的疲劳工况,对冰载荷作用下船舶结构的热点应力进行疲劳损伤分析。此外,还采用离散元方法模拟船舶与海冰的相互作用,计算疲劳损伤并评估疲劳寿命。本文的研究工作可以为极地船舶的疲劳分析提供帮助。