极区船舶的破冰能力决定了其在极地环境下的生存与作业能力,是当前国家发展破冰船的重点关注对象,而当前极区船舶的破冰方法主要是借助自身重力和坚实的船壳压碎或撞碎冰层,致使其在破冰过程中极大受制于排水量、主机功率、船体强度等问题,严重阻碍了破冰能力的提升,因此研究新型高效破冰技术具有重要的工程价值。道路、高压输电线路及航空等领域的共振除冰技术省力、省时,为本文研究提供了借鉴思路,故本文以形成极区船舶共振破冰技术为目标,开展了共振破冰机理、船舶共振破冰设计方法、船舶共振破冰数值模拟等一系列研究。查阅相关文献资料,阐述关于破冰方面的国内外研究现状。首先归纳当前较为常用的海冰动力学模型,指出根据海冰形态或破冰情形,选取适当的海冰动力学模型描述海冰行为;其次分析极区船舶传统破冰机理,指出当前破冰方法的弊端,也初步引出了共振破冰方法;最后对共振破冰方法目前的应用领域及应用现状进行了总结,对本文研究具有一定借鉴意义。介绍了极区海冰物理及力学特性,为海冰动力学模型建立提供材料参数输入;确定了破冰船影响区域的冰层尺寸,在此基础上建立船-冰-水振动系统理论分析模型,以此为研究对象引出了共振理论;开展船舶破冰动态模拟方法研究,指出关键技术,并通过刀具切削冰体试验、仿真对比,验证了该方法应用于振动破冰领域的可行性。建立冰层振动特性分析模型,计算极区冰层固有频率范围及典型模态振型,以期寻找最佳共振破冰模态振型,结果表明激励位置位于冰层模态振型的波峰/波谷位置时,较容易激发相应振型,针对激励位置附近区域破冰,最佳共振破冰振型为第四阶,针对正前方区域定向破冰,最佳共振破冰振型为第三阶。在此基础上分别探索激励位置破冰模式与定向破冰模式与振动模态的关系。最后以典型激励载荷模拟真实破冰情形,得到了两种破冰模式下共振效应的影响因素。在上述研究结果基础上,开展船舶共振破冰设计方法研究。分别设计被动、主动共振破冰船结构,说明其工作原理;在此基础上,提出船舶被动、主动共振破冰设计流程,形成了船舶被动、主动共振破冰设计方法并进行有效性验证。将两种设计方法对比,突出了被动共振破冰设计方法的优势,表明被动共振破冰设计方法更适用于实船应用。将被动共振破冰设计方法形成的结构形式应用于实船,建立船舶共振破冰有限元模型,开展船舶共振破冰数值仿真模拟,分析共振破冰过程相关结果,并与普通破冰过程对比,给出本文破冰方法的具体优势,最后分析船舶共振破冰过程的影响因素及其规律。本文在典型激励作用下探索了共振破冰机理,提出了船舶共振破冰设计方法,并投入实船应用进行破冰过程数值仿真模拟,旨在为新型高效破冰技术发展提供新思路。