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摘 要：随着全球变暖的不断恶化，极地周围的冰川开始逐渐消融，浮冰数量日趋增多。由于极地区域内的自然资源十分丰富，大多数国家对于极地资源的开发都十分关注。因此，开发极地资源是必然会发生的。为了降低资源开发过程中船体与冰川碰撞造成船体破坏、有害物质泄漏的风险，接下来，本文将就冰撞载荷作用下船体结构抗冲击设计展开讨论，以此来有效提高资源开发过程中的安全性。
关键词：冰撞载荷作用；船体结构；抗冲击设计
科技的进步虽然在一定程度上带动了经济的发展，使人们的生活水平得到了提高，但环境问题依旧是当前世界各国所面临的一个主要问题。如何保证环境与经济的协调发展，减少资源开发对环境造成的损坏，实现可持续的发展理念，已经成为当前社会发展的核心目标。下文中，将就冰撞载荷作用下船体的抗冲击设计进行研究，来有针对性的对船体运行参数、造船材料以及造船工艺等方面进行分析，从而更好地保证冰撞载荷作用下船只的使用安全。
一、加快冰撞载荷作用下船体抗冲击设计研究的必要性
（一）船体与冰川碰撞危害大
由于受到气候变暖的影响，地球两极地区的冰川融化速度加快，从而使得浮冰数量大幅度增加，对船只的行驶安全造成不利影响，极大地增加了船只运行的难度。尤其是那些较大的浮冰，它们露出冰面的部分仅占整体的十分之一，且边沿较为尖锐，一旦船只在行驶过程中与之发生碰撞，轻则造成船体损坏，重则造成有害物质泄露、乘船人员生命安全受到威胁等。除此以外，浮冰没有固定的运行轨迹，它很容易受到风力、海浪以及各种洋流等自然现象的影响而自由移动，一些较小的冰山甚至无法被提前勘测到，极大地增加了船只的行驶风险。
（二）开辟北极地区的运行航道
船只与冰山碰撞所造成的安全事故时有发生，但由于北极地区蕴含着丰富的石油资源、天然气资源以及其他的一些珍稀资源，所以世界各国对极地的探索热情依旧十分高涨。根据数据分析显示，当前北极地区的冰面覆盖面积已经突破了同时期的最低水平。这样一来，就为北极地区航道的开辟提供了可能。航道一旦被建成，进入北极地区的船舶数量也就会随之增多，如果无法有效提高船体的抗冲击能力，就难以有效的规避船体运行过程中的风险。因此，为了尽可能降低在对北极地区进行探索时的风险性，加强冰撞载荷作用下船体的抗冲击能力是十分必要的。
二、冰撞载荷作用下船体结构抗冲击设计研究
（一）以常规冰区为基础的船体肩部设计研究
本部分以资源丰富的北极地区为研究环境，经实际调查分析得出，船体耐撞性可以从以下三个方面体现：损伤结构形变量、外船板最大承受力和船舶构件机体吸能状况。其中损伤结构形变量是从外部形态来体现船体耐撞性，船舶碰撞冰川时，船体结构变形量、变形方式、损伤状态以及破坏口径都体现了船舶结构的强度和刚度，其本质是碰撞产生力与能量吸收的转化。根据研究表明，在撞深相同的情况下，船体结构可以承受的碰撞力越大，反映出船体构造刚度越好，耐撞性越强，因而通常也将外船板所能承受的最大碰撞力作为反映碰撞程度和检验耐撞性的重要指标。船舶构件机体吸能状况主要表现在，碰撞时船体与冰川减少的初始动能用于耗散碰撞力并对双方做功，整个碰撞过程的能量来自于船舶运动时产生的动能，且动能不断被转化和耗散。
以上述三个指标为评判耐撞性的核心要素，以单位成品油船为研究对象，模拟船体肩部碰撞立体冰棱角（30°的碰撞角度）作出以下具体设计：简化船体货物承载质量，以满载为前提，保证模型与实物重心不变，将货物均匀分布在船舶主体模型上，参照实际状况分布并施加载荷。当发生碰撞变形时，碰撞部分会出现应力集中状况，部分会出现失效情况；远离碰撞部分的构件应力相对分散，结构部件损伤可忽略不计。碰撞力会随着时间发生变化，体现在中期阶段力度最大，后期基本上只有纵向摩擦。
（二）通过加装夹层板增强船体的抗冲击性
随着极地航道的开通，船体与冰山碰撞的可能性变得更大。因此，如何增强冰撞载荷作用下船体的抗冲击性，已经成为当前开发极地自然资源急需解决的问题。船舶在行驶过程中，不仅存在着与冰山发生碰撞的风险，而且也面临着与其他船舶发生碰撞的可能。从船舶研究人员多年的研究结果来看，只有提高船舶自身的抗冲击性能，才能最大程度降低冰撞荷载作用下船舶出现安全事故的可能性。就当前对冰撞荷载作用下船舶抗冲击的研究现状来看，国际上尚未对这一问题进行深入探究。因此，为了能够有效保证冰撞荷载作用下船只的安全，就应该适当借助船舶与船舶在荷载作用下发生碰撞的案例来进行研究，从而对冰撞荷载作用下船只的抗冲击结构进行设计。通过加装夹层板来保证船舶在冰撞荷载作用下的安全，是船体增强抗冲击性能最直接、有效的办法。
从夹层板的材质上进行划分，可以分为金属性夹层板与非金属性夹层板；从夹层板的架构上来分，可以分为折叠式、蜂窝式以及桁架式三种，其中每一类夹层板又可进行更加详细的划分。通过加装夹层板来增强船体结构抗冲撞性的设计原理是，将夹层板的上层与下层作为外板結构，夹层中心作为纵骨，且应保证夹层板上层与下层的厚度完全相等，夹层中心厚度与纵骨结构中腹板的厚度相同。在对夹层板进行设计时，应该将质量等效原则作为最基本的设计理念。当船体与冰山发生碰撞时，夹层板的上界面会由于冲击力而发生形变，一旦上层板被冲破，夹层中心就会对冰体进行切割，加之有下层板的保护，就能够有效防止冰撞荷载作用下对船体的破坏。
三、结语
加强对冰撞荷载作用下船体结构抗冲击性的研究，是我国船舶生产过程中的一个重点研究项目，它能够有效降低船舶运输中发生安全事故的可能性，提高我国造船工艺水平。因此，无论是船舶制造人员，还是船舶技术研究人员都应该与时俱进，紧跟时代的发展潮流，不断提高自身的综合素质水平，为我国船舶制造业的发展贡献力量。
参考文献：
[1]徐栋，刘俊，刘社文等.冰载荷作用下极区船舶极限载荷准则研究[J].船舶力学，2014，（3）：280-290.
[2]张健，何文心，元志明等.船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究[J].船舶力学，2016，20（6）：1022-1035.
[3]张健，万正权，黄进浩等.舷侧板架与冰体碰撞数值仿真及模型试验研究[J].船舶力学，2014，（4）：424-433.
关键词：冰撞载荷作用；船体结构；抗冲击设计
科技的进步虽然在一定程度上带动了经济的发展，使人们的生活水平得到了提高，但环境问题依旧是当前世界各国所面临的一个主要问题。如何保证环境与经济的协调发展，减少资源开发对环境造成的损坏，实现可持续的发展理念，已经成为当前社会发展的核心目标。下文中，将就冰撞载荷作用下船体的抗冲击设计进行研究，来有针对性的对船体运行参数、造船材料以及造船工艺等方面进行分析，从而更好地保证冰撞载荷作用下船只的使用安全。
一、加快冰撞载荷作用下船体抗冲击设计研究的必要性
（一）船体与冰川碰撞危害大
由于受到气候变暖的影响，地球两极地区的冰川融化速度加快，从而使得浮冰数量大幅度增加，对船只的行驶安全造成不利影响，极大地增加了船只运行的难度。尤其是那些较大的浮冰，它们露出冰面的部分仅占整体的十分之一，且边沿较为尖锐，一旦船只在行驶过程中与之发生碰撞，轻则造成船体损坏，重则造成有害物质泄露、乘船人员生命安全受到威胁等。除此以外，浮冰没有固定的运行轨迹，它很容易受到风力、海浪以及各种洋流等自然现象的影响而自由移动，一些较小的冰山甚至无法被提前勘测到，极大地增加了船只的行驶风险。
（二）开辟北极地区的运行航道
船只与冰山碰撞所造成的安全事故时有发生，但由于北极地区蕴含着丰富的石油资源、天然气资源以及其他的一些珍稀资源，所以世界各国对极地的探索热情依旧十分高涨。根据数据分析显示，当前北极地区的冰面覆盖面积已经突破了同时期的最低水平。这样一来，就为北极地区航道的开辟提供了可能。航道一旦被建成，进入北极地区的船舶数量也就会随之增多，如果无法有效提高船体的抗冲击能力，就难以有效的规避船体运行过程中的风险。因此，为了尽可能降低在对北极地区进行探索时的风险性，加强冰撞载荷作用下船体的抗冲击能力是十分必要的。
二、冰撞载荷作用下船体结构抗冲击设计研究
（一）以常规冰区为基础的船体肩部设计研究
本部分以资源丰富的北极地区为研究环境，经实际调查分析得出，船体耐撞性可以从以下三个方面体现：损伤结构形变量、外船板最大承受力和船舶构件机体吸能状况。其中损伤结构形变量是从外部形态来体现船体耐撞性，船舶碰撞冰川时，船体结构变形量、变形方式、损伤状态以及破坏口径都体现了船舶结构的强度和刚度，其本质是碰撞产生力与能量吸收的转化。根据研究表明，在撞深相同的情况下，船体结构可以承受的碰撞力越大，反映出船体构造刚度越好，耐撞性越强，因而通常也将外船板所能承受的最大碰撞力作为反映碰撞程度和检验耐撞性的重要指标。船舶构件机体吸能状况主要表现在，碰撞时船体与冰川减少的初始动能用于耗散碰撞力并对双方做功，整个碰撞过程的能量来自于船舶运动时产生的动能，且动能不断被转化和耗散。
以上述三个指标为评判耐撞性的核心要素，以单位成品油船为研究对象，模拟船体肩部碰撞立体冰棱角（30°的碰撞角度）作出以下具体设计：简化船体货物承载质量，以满载为前提，保证模型与实物重心不变，将货物均匀分布在船舶主体模型上，参照实际状况分布并施加载荷。当发生碰撞变形时，碰撞部分会出现应力集中状况，部分会出现失效情况；远离碰撞部分的构件应力相对分散，结构部件损伤可忽略不计。碰撞力会随着时间发生变化，体现在中期阶段力度最大，后期基本上只有纵向摩擦。
（二）通过加装夹层板增强船体的抗冲击性
随着极地航道的开通，船体与冰山碰撞的可能性变得更大。因此，如何增强冰撞载荷作用下船体的抗冲击性，已经成为当前开发极地自然资源急需解决的问题。船舶在行驶过程中，不仅存在着与冰山发生碰撞的风险，而且也面临着与其他船舶发生碰撞的可能。从船舶研究人员多年的研究结果来看，只有提高船舶自身的抗冲击性能，才能最大程度降低冰撞荷载作用下船舶出现安全事故的可能性。就当前对冰撞荷载作用下船舶抗冲击的研究现状来看，国际上尚未对这一问题进行深入探究。因此，为了能够有效保证冰撞荷载作用下船只的安全，就应该适当借助船舶与船舶在荷载作用下发生碰撞的案例来进行研究，从而对冰撞荷载作用下船只的抗冲击结构进行设计。通过加装夹层板来保证船舶在冰撞荷载作用下的安全，是船体增强抗冲击性能最直接、有效的办法。
从夹层板的材质上进行划分，可以分为金属性夹层板与非金属性夹层板；从夹层板的架构上来分，可以分为折叠式、蜂窝式以及桁架式三种，其中每一类夹层板又可进行更加详细的划分。通过加装夹层板来增强船体结构抗冲撞性的设计原理是，将夹层板的上层与下层作为外板結构，夹层中心作为纵骨，且应保证夹层板上层与下层的厚度完全相等，夹层中心厚度与纵骨结构中腹板的厚度相同。在对夹层板进行设计时，应该将质量等效原则作为最基本的设计理念。当船体与冰山发生碰撞时，夹层板的上界面会由于冲击力而发生形变，一旦上层板被冲破，夹层中心就会对冰体进行切割，加之有下层板的保护，就能够有效防止冰撞荷载作用下对船体的破坏。
三、结语
加强对冰撞荷载作用下船体结构抗冲击性的研究，是我国船舶生产过程中的一个重点研究项目，它能够有效降低船舶运输中发生安全事故的可能性，提高我国造船工艺水平。因此，无论是船舶制造人员，还是船舶技术研究人员都应该与时俱进，紧跟时代的发展潮流，不断提高自身的综合素质水平，为我国船舶制造业的发展贡献力量。
参考文献：
[1]徐栋，刘俊，刘社文等.冰载荷作用下极区船舶极限载荷准则研究[J].船舶力学，2014，（3）：280-290.
[2]张健，何文心，元志明等.船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究[J].船舶力学，2016，20（6）：1022-1035.
[3]张健，万正权，黄进浩等.舷侧板架与冰体碰撞数值仿真及模型试验研究[J].船舶力学，2014，（4）：424-433.