北极在能源储备、海运航道、地理位置等方面具有极高的价值,然而常年覆盖的海冰严重阻碍了北极的进一步探索与开发。目前主流的破冰方法仍然是机械撞击,对船身强度和动力提出了较高要求,仅有少数几个国家掌握了相关技术。激光是一种高密度的能量作用方式,可以不需媒介直接改变冰层的温度应力分布,具有较高的破冰潜力。目前激光辅助破冰的相关研究尚未深入开展,激光辐照时冰块物性演化也缺少深入的解析。本文主要开展如下研究:建立了冰块吸收激光能量的热力学模型。基于Bouguer-Lambert定律,分析了海冰和淡水冰吸收激光能量的形式与规律,并建立了冰块对波长1070nm红外激光的体热源吸收模型。以热传导方程与广义胡克定律为基础,解析了激光辐照冰层后的温度与热应力分布规律。通过改变激光功率与离焦量,获得了激光参数对温度分布和热应力大小的影响规律,通过激光辐照淡水冰与盐水冰的实验验证了理论和仿真的准确性。探究激光辐照冰块的脆性裂纹扩展机制。以线弹性断裂力学为理论基础探究了激光辐照冰块后热应力促进裂纹扩展的可行性,基于扩展有限元（XFEM）仿真了冰内初始细小裂纹的扩展过程。通过分析相邻布点的应变场论证了裂纹的扩展模式,探讨不同的布点间距对应力应变与裂纹扩展的影响规律。研究激光布点参数对静压载荷破冰效果的影响规律。搭建了一套液压千斤顶为动力的破冰设备,对冰块受静压载荷的破坏形式和激光辐照产生的裂纹类型进行总结,探究了布点个数、激光功率、作用时间等参数对破冰效果的影响规律。通过正交实验及结果解析明确各个激光参数对破冰效果和裂纹波及点数的相互作用关系。研究激光布点参数对冲击载荷破冰效果的影响规律。搭建了一套冲击载荷破冰设备,利用传感器采集破冰过程中的应力曲线。以布点个数、激光功率、激光作用时间、冰块尺寸为自变量,研究激光布点辅助冲击载荷破冰的影响规律。基于最小能量消耗的原则提出预定轨迹布点诱导裂纹整体扩展的方法,并设定十字布点轨迹获得了较好的辅助破冰效果。基于上述研究内容,基本明确了激光辅助破冰的原理与作用规律,为实际破冰提供了新的方法。