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考虑水介质作用的船冰碰撞解耦方法及载荷预报 被引量:5
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作者 韩文栋 张健 +1 位作者 刘海冬 王甫超 《舰船科学技术》 北大核心 2017年第11期17-21,共5页
考虑水介质在船冰碰撞过程中水压变化的影响,是模拟水介质中船-冰碰撞的关键。本文开展数值模拟的动网格技术研究,基于RANS方程和改进的双相流流体体积函数VOF,实时预报船冰靠拢全过程中船体表面、冰体表面的压力变化情况。得到船体表... 考虑水介质在船冰碰撞过程中水压变化的影响,是模拟水介质中船-冰碰撞的关键。本文开展数值模拟的动网格技术研究,基于RANS方程和改进的双相流流体体积函数VOF,实时预报船冰靠拢全过程中船体表面、冰体表面的压力变化情况。得到船体表面、冰体表面的P(V)函数。进而将水介质对船冰碰撞载荷的影响简化为对船体、冰体碰撞面预加载荷来实现,达到解耦目的。 展开更多
关键词 解耦方法 RANS 压力 船冰碰撞
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船冰相互作用研究方法综述 被引量:15
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作者 徐莹 胡志强 +1 位作者 陈刚 徐业峻 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期110-124,共15页
船舶在冰区航行以及海洋结构物在冰区的运营中,结构物与海冰的相互作用是一个关键问题。由于海冰的材料特性复杂,目前对于相关问题的了解有限,开发有效的本构模型以及对数值方法应用的改进是船冰作用研究的关键。文章对近年来船冰作用... 船舶在冰区航行以及海洋结构物在冰区的运营中,结构物与海冰的相互作用是一个关键问题。由于海冰的材料特性复杂,目前对于相关问题的了解有限,开发有效的本构模型以及对数值方法应用的改进是船冰作用研究的关键。文章对近年来船冰作用问题的研究方法进行了总结。船冰作用的主要研究方法包括试验法、有限元法、离散元法和概率法。通过试验能够获得最直接的数据,同时也是建立海冰本构模型的基础,但试验成本高昂;有限元法理论基础扎实,商业软件较多,方便实现,但在模拟冰的脆性破碎和碎冰大尺度移动方面能力有限;离散元法能够更好地模拟冰的破碎与离散的特点,但目前该方法的开发应用不够完善;由于冰的某些特性如内部缺陷大小和方向具有随机性,因此概率法也被认为适于研究冰的部分问题。 展开更多
关键词 船冰相互作用 极地 试验法 有限元 离散元 概率法
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基于内外动力学耦合原理的船冰碰撞载荷特性研究 被引量:4
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作者 南明宇 胡嘉骏 汪雪良 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期1167-1174,共8页
本文根据船舶碰撞的滞后性,提出了滞后系数c这一概念,并借此将船舶碰撞划分为塑性碰撞和弹性碰撞两个阶段,进而完善了船舶碰撞的算法基础;然后,利用内外动力学耦合原理首次求解出冰船碰撞过程中的恢复系数e;最终,应用中心差分法计算出... 本文根据船舶碰撞的滞后性,提出了滞后系数c这一概念,并借此将船舶碰撞划分为塑性碰撞和弹性碰撞两个阶段,进而完善了船舶碰撞的算法基础;然后,利用内外动力学耦合原理首次求解出冰船碰撞过程中的恢复系数e;最终,应用中心差分法计算出该过程的冰力时历曲线以及冰船碰撞载荷的其它特性。 展开更多
关键词 内部动力学 外部动力学 冰载荷 船冰碰撞
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船艏冰刀对船冰碰撞时结构动力响应影响分析 被引量:2
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作者 刘少康 李中扬 +1 位作者 樊红元 卢馨迪 《船海工程》 北大核心 2023年第1期41-45,共5页
为探讨极地冰区船舶通过加装船艏冰刀的方式能否改善船冰碰撞结构动力响应的问题,采用非线性有限元方法,从能量转换、应力、应变云图、碰撞力和船速随时间变化关系等多个角度,比较有、无艏部冰刀两种情况下,船舶艏部与排冰发生碰撞时的... 为探讨极地冰区船舶通过加装船艏冰刀的方式能否改善船冰碰撞结构动力响应的问题,采用非线性有限元方法,从能量转换、应力、应变云图、碰撞力和船速随时间变化关系等多个角度,比较有、无艏部冰刀两种情况下,船舶艏部与排冰发生碰撞时的动力响应规律。结果表明,加装艏部冰刀可减小船体自身的损伤和变形,改善船舶破冰性能。 展开更多
关键词 船冰碰撞 船艏冰刀 动力响应 非线性有限元
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基于改进YOLO v7模型的冰山检测方法研究
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作者 章文俊 房振 +4 位作者 周翔宇 孟祥坤 杨雪 胡浩帆 王锐 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第12期175-180,共6页
冰山是威胁极地船舶航行安全的重要原因之一,其漂移轨迹难以预测,在能见度不良的条件下极易与船舶碰撞导致船舶破损、沉没等严重事故。现有的冰山检测方法受环境因素影响较大,难以同时满足冰山检测高精度和实时性的需求。为实现极地能... 冰山是威胁极地船舶航行安全的重要原因之一,其漂移轨迹难以预测,在能见度不良的条件下极易与船舶碰撞导致船舶破损、沉没等严重事故。现有的冰山检测方法受环境因素影响较大,难以同时满足冰山检测高精度和实时性的需求。为实现极地能见度不良条件下的冰山检测,首先,对YOLO系列模型进行归纳总结,提出一种融合注意力机制的改进YOLO v7冰山检测算法;其次,改进k-means算法,提高了先验框与冰山的匹配度;最后,引入CA(Coordinate Attention)注意力机制,提升模型对冰山关键特征识别能力。研究结果表明,相比于YOLO v7原始模型,改进后的模型在维持计算性能的同时mAP(mean Average Precision)提升了5.41%。模型对于极地环境下的冰山具有较好的检测能力,可为极地航行中避免船冰碰撞提供参考。 展开更多
关键词 YOLO v7 冰山检测 船冰碰撞 注意力机制
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Numerical Modeling of Ship-Ice-Water Interaction for Freerunning Ships in Pack Ice
6
作者 ZOU Ming ZOU Zao−jian +1 位作者 ZOU Lu ZHU Sheng−tao 《船舶力学》 北大核心 2025年第6期878-887,共10页
Ice-going ships play a crucial role in polar transportation and resource extraction.Different from the existing modeling approach which assumes that ships remain stationary,dynamic overset grid technology and DFBI(Dyn... Ice-going ships play a crucial role in polar transportation and resource extraction.Different from the existing modeling approach which assumes that ships remain stationary,dynamic overset grid technology and DFBI(Dynamic Fluid-Body Interaction)method are employed in this paper to enable the free-running motion of the ship in modeling.A numerical model capable of simulating a ship navigating through pack ice area is proposed,which uses Computational Fluid Dynamics(CFD)method to solve the flow field and applies the Discrete Element Method(DEM)to simulate ship-ice and ice-ice interactions.Besides,the proposed high-precision method for generating pack ice area can be used in conjunction with the proposed numerical model.By comparing the numerical results with the available model test data and experimental observations,the effectiveness of the numerical model is validated,demonstrating its strong capability of predicting resistance and simulating ship navigation in pack ice,as well as its significant potential and applicability for further studies. 展开更多
关键词 pack ice ship-ice-water interaction CFD-DEM dynamic overset grid technology ship resistance
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Energy Efficiency Operating Indicator Forecasting and Speed Design Optimization for Polar Ice Class Merchant Vessels
7
作者 LU Yu LI Chen−ran +3 位作者 ZHU Xiang−hang LI Shi−an GU Zhu−hao LIU She−wen 《船舶力学》 北大核心 2025年第6期901-911,共11页
In order to accurately forecast the main engine fuel consumption and reduce the Energy Efficiency Operational Indicator(EEOI)of merchant ships in polar ice areas,the energy transfer relationship between ship-machine-p... In order to accurately forecast the main engine fuel consumption and reduce the Energy Efficiency Operational Indicator(EEOI)of merchant ships in polar ice areas,the energy transfer relationship between ship-machine-propeller is studied by analyzing the complex force situation during ship navigation and building a MATLAB/Simulink simulation platform based on multi-environmental resistance,propeller efficiency,main engine power,fuel consumption,fuel consumption rate and EEOI calculation module.Considering the environmental factors of wind,wave and ice,the route is divided into sections,the calculation of main engine power,main engine fuel consumption and EEOI for each section is completed,and the speed design is optimized based on the simulation model for each section.Under the requirements of the voyage plan,the optimization results show that the energy efficiency operation index of the whole route is reduced by 3.114%and the fuel consumption is reduced by 9.17 t. 展开更多
关键词 Energy Efficiency Operational Indicator ice-class ships segment division design optimization
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大型极地航行集装箱船船首结构局部优化分析
8
作者 张健 薛坚 韩新欣 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第16期17-22,共6页
为研究船舶船首结构结构优化方案,根据一条极地区域航行集装箱船数据,在有限元软件中对其进行1∶1精准建模,构建满足均化弹塑性的本构层冰模型。与本船的有限元模型进行数值模拟,研究碰撞过程的船首变形情况与结构吸能变化,随后对于不... 为研究船舶船首结构结构优化方案,根据一条极地区域航行集装箱船数据,在有限元软件中对其进行1∶1精准建模,构建满足均化弹塑性的本构层冰模型。与本船的有限元模型进行数值模拟,研究碰撞过程的船首变形情况与结构吸能变化,随后对于不同工况进行结果对比分析,研究不同优化结构下船冰碰撞对船首部的影响。结果显示,优化后加了套板的船首受力与变形大小相较于原本船首减少许多,套板吸走了碰撞后的部分能量,使得碰撞区域产生的力小部分被套板承受,且使层冰破裂,使得后面船体部分与碎冰碰撞,船首受到的力变小,损伤与变形也就更小。研究发现套板厚度越厚、内部结构越多,其吸收的能量就越多,从而对于船首的保护就越好。 展开更多
关键词 船冰 结构优化 碰撞 集装箱船
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船舶骑冰事故下船体梁结构强度特征分析 被引量:1
9
作者 陈富康 杨骏 +2 位作者 袁昱超 薛鸿祥 唐文勇 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期113-119,共7页
[目的]针对船体梁与冰层相互作用后的结构强度变化问题,提出骑冰工况下船体梁结构强度分析方法,揭示相应的结构强度特征。[方法]首先,建立船体梁结构强度分析模型,并根据各分段属性建立对应的船体梁载荷分析模型;然后,在载荷分析模型中... [目的]针对船体梁与冰层相互作用后的结构强度变化问题,提出骑冰工况下船体梁结构强度分析方法,揭示相应的结构强度特征。[方法]首先,建立船体梁结构强度分析模型,并根据各分段属性建立对应的船体梁载荷分析模型;然后,在载荷分析模型中求解得到骑冰工况的浮力分布并代入结构强度分析模型中,以考虑骑冰带来的浮力变化;最后,施加重力及冰层支反力,进行结构强度计算,并分析抬升位置和抬升高度对船体梁浮力、剪力、弯矩以及局部应力分布的影响。[结果]结果显示,当船首抬升高度变化时,船体梁存在浮力与剪力不随抬升高度变化的点,该点分别位于船体梁后半段以及船中;当抬升位置位于球鼻艏时,该部位的舷侧外板更接近于垂直,不利于抵抗冰层支反力,导致高应力面积相对较大,更危险。[结论]采用所提方法能够计算船体梁结构在船首大幅度抬升情况下的结构响应,计算效率高,可初步判断危险骑冰工况下船体梁的结构强度。 展开更多
关键词 船冰碰撞 极端载荷 船体梁 结构强度 有限元分析
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Influence of Bow Design on Ice Resistance for Arctic LNG Carriers
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作者 WAN Zhong LI Xiao-qing +1 位作者 YUAN Yu-chao WANG Jia-ying 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期1820-1834,共15页
In order to understand the influence of bow shape on ice resistance and provide guidelines for hull line design in the early design stage,an investigation of the impact of bow shape on ice resistance for the Arctic LN... In order to understand the influence of bow shape on ice resistance and provide guidelines for hull line design in the early design stage,an investigation of the impact of bow shape on ice resistance for the Arctic LNG carriers is carried out based on semi-empirical methods.Firstly,some typical semi-empirical formulas developed for ice resistance estimation of cargo carriers in different ice conditions are summarized.Then,formulas appropriate for ice resistance estimation of Arctic LNG carriers under different ice conditions are verified according to the result comparison between semi-empirical formulas and experimental tests.The comparison result indicates that the Lindqvist formula is appropriate for ice resistance estimation in level ice conditions,Zuev and Dobrodeev formula for ice resistance estimation in broken ice conditions,and Dobrodeev formula for ice resistance estimation in brash ice conditions.After that,the parameters considered in the selected formulas are summarized,and the influence of critical parameters on ice resistance is analyzed.Some parameters describing the ship's bow shape characteristic like ship breadth,waterline angle and stem angle greatly influence the ice resistance.Ice resistance increases with both the growth of ship breadth under all ice conditions and the growth of stem angle in level ice and broken ice conditions while ice resistance decreases with the development of waterline angle under all ice conditions.Finally,the optimization of the bow shape is discussed,and an optimized bow shape with both a large waterline angle and low stem angle is proposed.The optimized bow shape can decrease ice resistance by 9.9%in the level ice condition and reduce ice resistance by 11.3%in the brash ice condition. 展开更多
关键词 Arctic LNG carrier ice resistance level ice brash ice broken ice semi-empirical formula
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Numerical Simulation of Multiple Collisions Between Ice Ridge and Polar Ship
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作者 JIA Bin JU Lei +2 位作者 SHI Li WANG Qing PANG Fu-zhen 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期1908-1924,共17页
Ships navigating in ice-covered regions will inevitably collide with ice ridges.Compared to other ice bodies,ice ridges exhibit more complicated mechanical behaviors due to the scale and structure characteristics.In t... Ships navigating in ice-covered regions will inevitably collide with ice ridges.Compared to other ice bodies,ice ridges exhibit more complicated mechanical behaviors due to the scale and structure characteristics.In this paper,nonlinear finite element method is used to investigate the interaction between a polar ship and an ice ridge.The ice ridge is modelled as elastic-plastic material based on Drucker-Prager yield function,with the consideration of the influence of cohesion,friction angle and material hardening.The material model is developed in LS-DYNA and solved using semi-implicit mapping algorithm.The stress distribution of ice ridge and ship,and the ice load history are evaluated through the simulation of multiple collisions.In addition,parametric analysis is performed to investigate the influence of ridge thickness and impact velocity on the ice load and energy absorption. 展开更多
关键词 ice ridge SHIP nonlinear FEM ice load interaction STRENGTH
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浮冰与极地船舶抗冰结构碰撞研究 被引量:4
12
作者 王林 夏峰 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第15期26-31,共6页
本文围绕首部结构,根据已有文献资料,开展冰载荷作用下首部抗冰结构耐撞性能的相关研究。利用Ansys软件建立船首和冰体材料的模型,并对软件中各材料数值和单元的选用进行了讨论。通过LS-DYNA软件建立船首撞击冰排的有限元模型,考虑船与... 本文围绕首部结构,根据已有文献资料,开展冰载荷作用下首部抗冰结构耐撞性能的相关研究。利用Ansys软件建立船首和冰体材料的模型,并对软件中各材料数值和单元的选用进行了讨论。通过LS-DYNA软件建立船首撞击冰排的有限元模型,考虑船与冰排的撞击位置和撞击速度等因素,对比研究各种工况下船体结构的损伤变形、能量转化和碰撞力等方面的动态响应,并最终得到上述因素对船首结构造成影响的规律。 展开更多
关键词 船首部 抗冰结构 船冰碰撞 浮冰
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计及结构变形能的冰载荷快速计算方法 被引量:4
13
作者 王文瑜 唐文勇 杨晨俊 《船海工程》 北大核心 2017年第2期38-43,共6页
借助解析方法估算出的船冰碰撞中舷侧3个典型碰撞位置结构变形能,对计算冰载荷的能量法进行修正和完善,得到计及结构变形能的冰载荷计算能量法,采用MATLAB编程计算得到不同接触面形状的有限大海冰与船舶舷侧3个典型位置相撞时的最大冰... 借助解析方法估算出的船冰碰撞中舷侧3个典型碰撞位置结构变形能,对计算冰载荷的能量法进行修正和完善,得到计及结构变形能的冰载荷计算能量法,采用MATLAB编程计算得到不同接触面形状的有限大海冰与船舶舷侧3个典型位置相撞时的最大冰载荷和冰载荷随时间变化的曲线,实现了对冰区航行船舶局部冰载荷快速而准确的估算。 展开更多
关键词 船冰碰撞 冰载荷 结构变形能 解析方法
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冰载荷作用下船首结构碰撞数值仿真计算与分析 被引量:7
14
作者 张充霖 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2014年第A01期6-10,共5页
基于渤海海冰的力学统计资料,以典型散货船为研究对象,应用MSC.Dytran大型有限元软件对3种不同形状的冰体与船首结构碰撞的动态响应进行了非线性有限元计算。比较分析了3种方案下船首结构的损伤变形、碰撞力以及各构件的能量吸收,获得... 基于渤海海冰的力学统计资料,以典型散货船为研究对象,应用MSC.Dytran大型有限元软件对3种不同形状的冰体与船首结构碰撞的动态响应进行了非线性有限元计算。比较分析了3种方案下船首结构的损伤变形、碰撞力以及各构件的能量吸收,获得了在不同形状的冰体碰撞下船首结构的失效损伤规律及能量吸收机制。 展开更多
关键词 船冰碰撞 结构动态响应 损伤变形 能量吸收 数值仿真计算
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鱼鳞状结构在船舶抗冰撞能力上的应用
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作者 吴晨飞 桂洪斌 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第21期45-48,共4页
近年来,随着北极航道的出现,研究船舶结构的抗冰撞击能力越来越受到关注。本文提出一种安装在船舶满载水线处仿鱼鳞的防撞结构,加强冰区航行船舶抗冰撞击能力。这种结构形式来源于鱼鳞和古代鱼鳞甲良好的性能,该结构具有较好的抗冲击能... 近年来,随着北极航道的出现,研究船舶结构的抗冰撞击能力越来越受到关注。本文提出一种安装在船舶满载水线处仿鱼鳞的防撞结构,加强冰区航行船舶抗冰撞击能力。这种结构形式来源于鱼鳞和古代鱼鳞甲良好的性能,该结构具有较好的抗冲击能力和减阻性能。对该防撞结构进行建模及分析,结果表明该鱼鳞防撞结构具有很好的抵御冰块冲击的能力。本文研究可以为冰区航行船舶的防撞设计提供参考。 展开更多
关键词 鱼鳞结构 仿生 船冰碰撞 抵抗冲击
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