随着近年来北极地区的冰层融化,覆盖冰层厚度急剧减小,许多普通船只可以在没有破冰船帮助的条件下自行破冰前行,省去大量时间和金钱成本。这些未来将担当远洋运输重任的船舶,我们称之为极地运输船。但运输船的结构强度不像破冰船一样强,所以极地运输船在破冰航行过程中产生的冰激响应也会更剧烈一些,这不仅会影响船舶的航行,破冰过程中产生的冰激振动还会对船员的生活质量、工作环境以及身体健康产生较大影响,对船用设备也会产生一定的损害。所以,本文针对运输船在冰区航行时的冰阻力、冰激船体结构振动以及抗冰激振动结构等一系列问题展开研究。分析讨论船体冰阻力、冰激振动响应在不同工况下下的分布及变化规律,然后针对冰激船体结构振动问题,提出多种抗振方案并进行比较,对极地运输船的航线选择以及抗振结构设计具有一定参考价值。本文主要研究内容如下:(1)分析拉格朗日多相流体及船体振动基本理论。阐述了构建离散元的基础理论—拉格朗日多相流理论在CFD软件STAR-CCM+中的应用,介绍了离散元颗粒的建立过程并简述颗粒间相互作用的机理。随后介绍了船体振动的相关理论及有限元方法在船体振动计算中的应用。(2)研究基于离散元方法的船体冰阻力。应用CFD软件STAR-CCM+,建立离散元碎冰模型,模拟船体穿越碎冰区的情形,计算出船体所受冰阻力,并分析其特性。同时考虑了不同航速、冰厚、冰体直径以及海冰密集度等条件下船体冰阻力的变化规律,分析讨论了影响冰阻力的主要因素。随后,采用有限元方法计算船体冰阻力,并将结果与离散元方法计算的数值相比较,验证了离散元海冰模型的可行性以及有限元方法施加冰体激振力的合理性,为后文冰激船体结构振动的研究奠定基础。(3)研究极地运输船局部结构的冰激振动响应。使用非线性有限元软件LS-DYNA,建立有限元冰体及船体模型,采用附加质量法,模拟极地运输船在碎冰及平整冰区破冰航行的过程,得出船体局部结构冰激振动响应。然后探讨了不同航速及海冰条件下船体局部结构振动加速变化规律,并分析其中原因,为极地运输船的冰激振动响应预报提供了一种有效方法。(4)研究极地运输船抗冰激振动结构形式。针对极地运输船产生的冰激振动问题,给出了多种减振抗振方案,首先对改变了外板板厚和骨材尺寸,之后采用了I型、V型、X型和四边蜂窝型四种新型夹层结构对船体进行加强。计算得出经过加强后结构的振动响应,分别与未作处理之前的数据做对比,随后分析讨论了这六种减振措施的效果与优缺点,为极地航行的运输船提供相应的抗冰激振动加强方案。