冰荷载是冰区航行船舶的主要荷载,估算破冰船整体和局部所受冰荷载对于研究破冰船冰区航行性能十分重要。本文根据连续破冰过程,运用编程语言对破冰过程进行数值模拟,并借助LS-DYNA软件对破冰船首部变化对破冰过程的影响进行研究分析。本文主要内容包括:1.对海冰部分物理性能及力学性能进行总结,在此基础上对破冰船破冰模式进行分析研究,并对破冰过程进行一系列理想化假设,简化破冰过程。2.对破冰过程所涉及的数值理论进行详细阐述,建立破冰船破冰运动离散化二维模型。根据简化后的连续破冰过程,运用编程语言,模拟理想状态下破冰船在层冰条件下的运动过程,计算破碎力,建立完整的破碎力算法流程图。在此基础上,考虑船首部分碎冰运动引起的浸没阻力,对破碎力进行修正,计算修正后破冰阻力,研究破冰船在破冰过程中的冰阻力变化及其特点。3.对Spencer算法、Lindqvist算法和Riska算法进行整理,并运用VB语言进行编程,编写基于经验公式的冰阻力计算软件。将经验算法结果与数值模拟结果进行对比分析。确定数值计算中经验参数的取值,并分析经验参数变化对数值计算的影响。同时,对数值模拟结果的准确性进行验证,计算破冰过程中海冰弯曲脱落后的形状及不同航速冰厚下的破冰时历曲线,并进行分析研究。结果表明:考虑浸没阻力后的数值方法模拟结果更加准确可靠,且随船速及冰厚的增加,破冰阻力呈上升趋势,其中冰厚hi对破冰阻力的影响更加显著。4.为探究船首部艏柱倾角及水线角对破冰阻力的影响,建立三棱柱模型模拟船首部的变化,以三棱柱顶角模拟水线角变化,以三棱柱与层冰夹角模拟艏柱倾角变化,建立三棱柱-层冰运动模型。为探究模型大小与破冰阻力的影响关系,将模型按比例放大一倍,与原模型计算结果进行对比分析。结果表明:当模型放大一倍后,破冰阻力为原模型的2倍左右,水线角增加会引起破冰阻力增加速率上升,艏柱倾角考虑存在最优角度情况。