[發明專利]基于船冰碰撞特征的復雜冰況下冰載荷長時歷模擬方法

有效

• 申請號: 202211460492.3
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115906568B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 趙偉棟;馮國慶;桂洪斌;陳占陽;張巖;陳忠宇;魯國春;謝芳;郭彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 南京華恒專利代理事務所(普通合伙) 32335
• 代理人: 宋方園

1.一種基于船冰碰撞特征的復雜冰況下冰載荷長時歷模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）根據衛星云圖得到的極地冰況，構建等效的復雜冰況幾何圖形，將圖形分為n個部分，分別為M₁、M₂…M_n，將每個部分記為M_a，a為1、2…n，將衛星云圖得到的極地冰況圖，進行給定冰場下海冰類型的識別，類型包含層冰、浮冰、冰脊；對上述類型的海冰特征參數進行提取，包括層冰厚度、浮冰密集度、冰脊寬度；針對上述冰場，將其中不同類型的海冰進行簡化、建模、離散，其中，對于層冰而言，將其簡化為大型的矩形板，并采用六面體單元對其進行離散，形成層冰的數值模型；對于浮冰而言，參照衛星云圖或航拍儀器得到的浮冰圖像，以多邊形板來簡化浮冰模型，并采用六面體單元對其進行離散，形成浮冰的數值模型；對于冰脊而言，將冰脊簡化為勻質的多面棱柱結構，并采用六面體單元對其進行離散，形成冰脊的數值模型，將上述海冰的數值模型按照極地冰況圖進行排列，形成完整的復雜冰況數值模型；

（2）建立局部小尺度的船與海冰的相互作用數值模型，僅包括：船體數值模型、海冰數值模型和水域數值模型，令a=1；

（3）將圖形Ma分割為q等分，設定極地船舶以V_a的速度勻速前行，局部冰場的長度為?，則該局部冰場的載荷時歷為，h=1；

（4）從圖形Ma分割得到的h等分開展局部小尺度的船-冰碰撞分析，設定船體、海冰、水域的相對空間位置和數值模型，設定船體數值模型與海冰數值模型中的初始結構應力為零，水域數值模型中的初始壓力按重力影響分布，并輸出船的位置參數以及應力應變參數、冰的位置參數以及應力應變參數以及第h等分相互作用數值模型與第h+1等分相互作用數值模型的邊界交界處水的位置參數以及應力應變參數，保存至文件；

（5）基于步驟（4）文件中的參數，將其作為h+1等分相互作用數值模型的初始參數，繼續構建船與海冰的相互作用的船體數值模型、海冰數值模型和水域數值模型，第h等分相互作用數值模型與第h+1等分相互作用數值模型的邊界交界處水域壓力的邊界條件為，式中為第h等分相互作用數值模型的邊界水域壓力，為第h+1相互作用數值模型中僅由重力分布產生的初始水域壓力，該公式對層冰、浮冰及冰脊數值模型中的層冰與浮冰以及層冰與冰脊的邊界的水域壓力都適用，，

式中：——名義/參考狀態下的密度，通常是非應力或非變形狀態；

p——海冰下方海水的水域壓力；

——體積參數；

E₀——每單位體積的初始內能；

C——聲音在水中的傳播速度；

γ₀——高斯伽馬函數；

α——與γ₀對應的一階體積參數；

為表征粒子速度曲線斜率的無因次系數；若hq-1，則令h=h+1，且返回執行步驟(4)；若h=q-1，則執行步驟(6)；

（6）若an，a=a+1，重復步驟（3）-（5）；若a=n，輸出最終結果；

（7）結束。

2.根據權利要求1所述的基于船冰碰撞特征的復雜冰況下冰載荷長時歷模擬方法，其特征在于，所述步驟（3）包含以下步驟：所述特征長度滿足以下條件，對于浮冰，特征長度至少為6倍船長；對于層冰，特征長度至少為4倍船長；對于冰脊，特征長度至少3倍船長；對于任意兩種海冰類型的組合，特征長度由收斂性分析確定。

3.根據權利要求2所述的基于船冰碰撞特征的復雜冰況下冰載荷長時歷模擬方法，其特征在于，所述特征長度由收斂性分析確定，設定多組冰場特征長度依次遞增的船冰碰撞模型，進行船冰碰撞模擬分析，獲得船體所受冰載荷均值，繪制冰載荷均值與冰場特征長度的曲線，考慮計算時長，給出能夠使冰載荷均值趨于穩定收斂的特征長度。