近些年来,全球气温的升高导致极地地区冰区覆盖面积减小,北方航路通航成为现实。北极以重要的战略地位以及拥有丰富天然气、油气资源的极大优势成为世界各国争相抢夺的重要区域。当船舶在极地航行、进行各项开采活动时,无法避免与海冰相互接触,若船舶在与海冰碰撞过程中发生破损,不但会危害船上人员生命安全,还会导致油气泄漏,严重污染海洋环境,同时造成了巨大财产经济损失。船舶与海冰的碰撞研究在近些年中已经成为一个研究热点。由于上述原因,本文在应用非线性有限元程序LS-DYNA的基础上,进行了船舶与海冰的碰撞研究。论文举例介绍了在极地航行中出现的灾难事故,强调研究冰载荷对船舶安全的重要性,重点总结了目前研究冰载荷的主要方法和现状,并进行全文工作的具体介绍。整个论文工作分为船舶-层冰和船舶-冰山碰撞研究两个部分。在船舶-层冰碰撞研究中,作者使用了近几年来刚刚兴起的粘聚单元方法,着重介绍此方法在研究层冰问题上的优势,探究了整个方法构建层冰模型的思想,同时研究了在不同船速下的冰阻力变化规律。大面积浮冰在与船舶或者结构物相互作用时会产生堆积、爬坡行为,以往的研究方法在模拟堆积现象时有很大的弊端。作者应用粘聚单元方法对海冰所受浮力进行近似的简化,模拟堆积现象的同时考虑了内聚力单元的断裂能大小对碰撞力的影响。数值结果与经验公式对比良好,验证了应用此方法在预测船舶破冰阻力时的准确性和可行性。在船舶-冰山碰撞研究中,采用流固耦合方法和任意朗格朗日-欧拉(ALE)算法分别进行了船舶舷侧与球形冰山的碰撞研究和全尺度下船舶-正六面体冰山碰撞研究。研究中首先通过模拟静水压力的方法造取浮力,再进行后面的碰撞研究。在舷侧-球形冰山碰撞研究中,探究了冰山以不同的碰撞角度撞击舷侧时的碰撞力特点,同时对碰撞现象进行合理的解释,结果表明:两者的碰撞角度和冰山的材料强度同时影响碰撞力的大小。全尺度下的碰撞研究可以模拟船舶在航行过程中对冰山位移的影响,在进行了冰山在不同尺寸网格下的碰撞力时程曲线收敛性分析后,确定了最佳的浮冰网格尺寸。为研究流体在整个碰撞过程中的作用,作者同时进行了未考虑流体下的碰撞模拟,结果表明,流体在整个碰撞过程中作用明显,不但会影响碰撞力的峰值,同时还会对碰撞时刻有显著的影响。