【摘 要】
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随着全球持续变暖,以及中俄合作日益紧密,使得作为海上贸易通道的北极东北航道日益所被重视。但即使是在夏季,北极东北航道的海面上也会有海冰阻挡着极地船舶的航行,严重时甚至会造成船舶的损坏、经济的损失以及船上人员的伤亡,因此对北极东北航道的海冰的研究是有一定的价值。海冰是一种相当复杂的物质,其会因为生成的气温、所在海域的盐度、冰厚等等因素而发生物理性质以及力学性质上的变化。本文将结合北极东北航道的海冰以
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随着全球持续变暖,以及中俄合作日益紧密,使得作为海上贸易通道的北极东北航道日益所被重视。但即使是在夏季,北极东北航道的海面上也会有海冰阻挡着极地船舶的航行,严重时甚至会造成船舶的损坏、经济的损失以及船上人员的伤亡,因此对北极东北航道的海冰的研究是有一定的价值。海冰是一种相当复杂的物质,其会因为生成的气温、所在海域的盐度、冰厚等等因素而发生物理性质以及力学性质上的变化。本文将结合北极东北航道的海冰以及渤海湾海冰的相关学术论文,开展对北极东北航道海冰有限元以及船-层冰碰撞的研究。全文工作内容如下:（1）对北极东北航道的海冰进行分析,并结合对渤海湾海冰的试验报告,整合出本文海冰物理性质和力学性质参数。优选研究海冰有限元材料的论文,总结出最常用的一种海冰有限元设置参数,并与之前整理出的海冰参数整合。（2）结合真实海冰试样单轴压缩试验,设计出一套基于有限元仿真软件abaqus的单轴压缩仿真试验模型。将常用海冰材料有限元模型进行abaqus中的单轴压缩仿真试验,并与真实海冰破坏过程对比,指出常用海冰材料有限元模型在单轴压缩破坏过程中断裂面的不合理之处。（3）针对不合理之处,本文将Mohr-Coulomb准则和Drucker Prager准则引入了海冰有限元参数设置,即在海冰单元材料设置中依次使用了abaqus的Mohr-Coulomb塑性和Drucker Prager塑性,通过查询大量文献,计算出海冰材料在Mohr-Coulomb塑性和Drucker Prager塑性中合适的参数取值。（4）在Drucker Prager塑性海冰有限元的基础上,进一步的考虑了海冰的应变率效应和韧脆转换效应。参考研究海冰应变率和韧脆转换的论文,于abaqus软件中设置出合适的应变率海冰参数和韧脆转换海冰参数,并设置单轴压缩仿真试验工况去验证可行性。（5）使用patran软件建立了船艏外板有限元模型并导入abaqus软件,建立船-层冰碰撞有限元模型,分别使用普通层冰以及粘聚单元法层冰进行船-层冰碰撞,分析出粘聚单元法在船-层冰碰撞中的优越性,并探讨了Drucker Prager塑性海冰在船-层冰碰撞中的应用的可行性。
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