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| 內容簡介： |
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本书主要介绍船-水-冰三相耦合的数值仿真模型化方法计算船舶破冰及浮冰撞击作用下的随机载荷，以及在该载荷基础上的结构损伤机理和失效模式。本书内容主要是通过介绍水介质对船-冰会遇预压力的影响、船-冰会遇过程中表面预压力测量模型试验、船与冰体碰撞载荷下船体舷侧结构失效模式、水介质作用的船-水-冰三相耦合的数值仿真模型化方法，获得水介质中船舶破冰载荷以及船舶结构的损伤模式。
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| 目錄：
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目录
第 1 章 绪论
1.1 船 - 冰碰撞研究意义
1.2 船 - 冰碰撞理论
1.2.1 内外部碰撞机理研究
1.2.2 有限元计算理论
1.3 船 - 冰碰撞研究方法
1.3.1 解析式经验公式
1.3.2 模型试验研究
1.3.3 数值仿真研究
1.3.4 实船事故调查及实船试验
第 2 章 水介质对船 - 冰会遇压力影响的简化方法研究
2.1 引言
2.2 计算模型的建立
2.2.1 船舶与冰体概况
2.2.2 相似准则
2.3 建立数值仿真模型
2.3.1 设定控制域
2.3.2 网格划分
2.3.3 边界条件设置
2.3.4 动网格设置
2.3.5 监测点设置
2.3.6 数值处理方法
2.4 仿真计算结果及分析
2.4.1 不同时刻下气液两相云图
2.4.2 各监测点处压力峰值变化曲线
2.5 船体表面各监测点压力载荷预报
2.5.1 相同碰撞角度、不同碰撞速度的压力载荷预报
2.5.2 相同碰撞速度、不同碰撞角度的压力载荷预报
2.5.3 不同碰撞速度、不同碰撞角度的压力载荷预报
2.6 模型试验
2.7 模型试验目的
2.7.1 模型
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前 言
如今全球气候变暖，北极航道正逐步开通，一条沟通亚欧美洲的新 “海洋交通大动脉” 日益成为全球瞩目的焦点。北极航道可缩短中国至欧美的海上航程，进而使远洋运输成本大幅降低，同时能够避免因经过马六甲海峡、曼德海峡等海域所产生的保险费用，对国际航运及能源资源格局具有重大影响，对我国航运事业及对外贸易具有重要意义。此外，开发北极丰富的油气资源可以为我国油气安全战略提供新的保障。由上可知，北极开发及北极航道的开辟必将成为我国新的战略发展方向，是我国海洋强国战略的重要组成部分。
覆盖于北极海域的冰山以及海冰的强化使新航道的开辟成为可能，但是由于极地海域环境的复杂性，随着航行船只日益增多，船舶与海冰碰撞的可能性也随之增加。船舶在长距离航行中，一旦与冰山或大冰块发生碰撞，就有可能造成非常严重的事故。虽然我国是一个近北极国家，也是世界第一造船大国，但在极地船舶关键问题研究方面还很薄弱，是制约我国极地船舶研发、建造能力提升的重要原因，这个问题已经引起我国政府和学术界的高度重视。2017 年 7 月 3 日，习近平总书记在接受俄罗斯主流媒体采访时表示，中方欢迎并愿积极应俄方提出的共同开发建设国际运输走廊的建议，希望双方共同开发和利用海上通道特别是北极航道，打造 “冰上丝绸之路”。“冰上丝绸之路” 是 “一带一路” 的重要组成部分，是我国构建国际合作开放新格局的重要一环。由于开发利用北极要以航行安全、运行安全为首要前提，因此开展船舶在船 - 冰碰撞载荷作用下的损伤机理研究，对提高极地船舶的结构安全性具有重要的科学意义，是极地运输船舶亟待解决的关键问题。
本书以冰载荷（船 - 冰碰撞及破冰载荷）下的船体结构响应为研究对象，首先考虑水介质、波浪对船 - 冰会遇及碰撞的影响，进而研究了船 - 水 - 冰三相耦合的数值仿真模型化方法以及船舶与冰体碰撞结构响应分析，研究了水介质中破冰船连续破冰阻力及结构响应，同时在基于元胞机技术构建随机碎冰的基础上，进行了碎冰域航行船舶结构响应研究，最后扩展到极地船舶在北极航道航行的实际场景 —— 碎冰和冰层联合作用下船体典型结构动态响应。研究方法包括数值仿真、模型试验验证及理论推导，运用多种研究方法获得了船 - 水 - 冰三相耦合作用下随机冰载荷及结构损伤规律，希望研究成果对于提高极地船舶的抗冲击性能及抗冲击设计具有一定的借鉴作用。
本书研究内容在计算及研究成果的整理、撰写过程中，刘海冬、韩文栋、王凯民、王甫超、王颖凯、李兰岚、李锐、李越、王蓓怡、姬贺港、焦鑫晨等同学给予了大力支持，作出了重要贡献，本书的出版得到了江苏科技大学船舶与海洋工程学院的资助，此外，姬贺港、焦鑫晨对文字的整理和校对方面付出了艰辛的劳动，在此一并向他们表示衷心的感谢。
由于本人水平所限，本书难免存在疏漏之处，敬请各位读者批评指正。
作者2025 年 5 月
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