极地船舶冰区结构非线性仿真分析关键技术

随着全球气候变暖，北极地区冰川不断融化，海冰覆盖范围和厚度日趋减小，北极资源开发效率大大提高。极地船舶在北极航线开辟、资源运输等方面发挥着不可替代的作用。而极地船舶在层冰、碎冰、冰脊、冰山等极其恶劣和复杂的海洋环境中航行，船体结构受冰载荷作用具有较大的随机性，在海冰的作用下，结构可能达到塑性变形。如与冰山等大型海冰漂浮物发生碰撞造成结构破损，则容易导致油气泄漏，对极地海洋环境产生巨大影响。

极地船舶冰区航行

目前各船级社制定的冰区船舶规范基于不同的船与冰相互作用，考虑了航速、浮冰厚度、弯曲强度等，但是由于实际冰区环境的复杂性，还需借助试验或数值分析的方法进行设计验证。在公司ARC7破冰凝析油船自主研发设计方面，通过钻研理论和实践，经过上百次的仿真计算、数据分析对比，货船所船体室掌握了冰区结构塑性极限承载力非线性仿真分析、基于变形能法对船与冰山撞击结构失效仿真分析等非线性仿真关键技术。

冰区结构塑性极限承载力

非线性仿真分析

在极端冰情下，船体结构将保留一定的塑性变形，目前缺乏极地船舶结构发生塑性变形后的结构强度评估规范。本技术采用船体结构钢材非线性弹塑性和冰载荷作用非线性仿真分析，评估船体结构在极限载荷下的变形及极限承载能力，得出在冰载荷作用下结构超过弹性阶段进入塑性阶段后的船体结构的各重要物理性能指标。

冰区结构塑性极限承载力非线性仿真分析

基于变形能法对船与冰山撞击

结构失效仿真分析

船与冰山碰撞过程中结构损伤仿真

本技术是通过对船舶多个位置不同方向与冰山动态碰撞模拟，分析结构变形或损伤、船体构件的能量吸收，实时计算碰撞的结构变形或破损位置、应力应变、安全航速等一系列耐撞性指标。以上物理指标的为极地船舶舱室布置、结构设计提供依据，并避免船舶在极地航行过程中与冰山撞击时发生破损。

货船所船体室通过对ARC7破冰凝析油船船体结构的完全自主研发设计，掌握了极地船舶冰区结构塑性极限承载力和船与冰山撞击两大非线性仿真分析关键技术，并首次进行了实船应用，展示了货船所船体室强大的研发设计及计算实力，为公司高质量发展做出了突出贡献。

文章来源：技术 同舟