近年来,全球气候急剧变暖使得国际上更加注重环保和温室气体排放问题,但也为船舶绕行北极提供了新的思路和可能性。船舶在北极航行时与浮冰碰撞问题成为了威胁生命财产安全的重要因素。目前针对船-冰相互作用问题,合理求解冰力(即冰对船体的作用力)对研究船舶结构和航行安全起着关键作用,当前船舶在冰区主要冰况有:平整冰、碎冰以及冰山。主要的研究方法是船模试验和数值仿真,船模试验作为最为准确的研究手段,成为国内外研究机构的首选,但其高昂的成本阻碍了快速的发展;数值仿真作为经济通行的研究方式,但数值仿真中更多使用附加质量替代船周围水的作用,忽略了水在处理碰撞的吸收能量时起着重要作用。基于上述原因,本文采用船-碎冰-水耦合的方法,基于LS-DYNA数值分析软件,针对船舶在与碎冰发生碰撞的结构响应展开深入研究。其主要研究内容可以概括为以下几点。首先,详细介绍本课题研究的背景以及意义,对国内外在船-冰碰撞的研究进展和成果进行归纳整理。其次介绍有限元计算的基本理论和发展情况,同时阐述通用的非线性动力学软件LS-DYNA在流固耦合领域的应用及其计算原理。再次,通过构建的船壳模型与多块不同尺寸的碎冰进行碰撞,模拟浮冰密集度和尺寸对碰撞力的影响,探究船体与浮冰碰撞的局部受力情况,为后续开展数值模拟提供具体思路。最后,对船艏与不同密集度及不同尺寸的碎冰在不同航速下的碰撞进行了数值仿真计算,研究了冰的密集度及尺寸对碰撞的影响,总结和归纳安全的航行条件,针对危险情况进行分析。