發(fā)布時間：2020-11-19 15:30

　　 冰區(qū)中的海冰在波浪沖擊作用下獲得動能而發(fā)生漂移運(yùn)動,表現(xiàn)出明顯的動力特征;此外,靠近冰區(qū)航道及海港中的大面積浮冰,在大幅波浪作用下可能發(fā)生變形與斷裂,斷裂后的浮冰隨波運(yùn)動,可能與過往船只或港口設(shè)施發(fā)生碰撞,或者發(fā)生堆積,堵塞航道,具有重大安全隱患。因此,研究波浪與海冰相互作用,獲得波浪作用下海冰隨波漂移運(yùn)動和變形斷裂規(guī)律等,對于冰區(qū)航行船只運(yùn)行安全及航區(qū)冰情變化的監(jiān)測有著重要作用。本文采用數(shù)值模擬的方法,對波浪與海冰的相互作用問題進(jìn)行研究,分別開展兩種典型狀態(tài)下的海冰,即浮冰和冰蓋在波浪中的動力學(xué)規(guī)律研究。基于流體動力學(xué)軟件,模擬波浪與浮冰相互作用。首先,構(gòu)建了數(shù)值波浪水槽模型,對數(shù)值水槽的造波與消波過程進(jìn)行模擬,并將數(shù)值波形與理論波形進(jìn)行比較,驗(yàn)證了數(shù)值水槽造波與消波的準(zhǔn)確性。基于此模型,建立波浪與海冰的流固耦合模型。對于浮冰而言,將其簡化成剛性浮體,構(gòu)建了浮冰與造波水槽的數(shù)值模型,并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及對應(yīng)的理論公式進(jìn)行比較,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的有效性,在此基礎(chǔ)上,研究了浮冰在不同波浪載荷下的運(yùn)動響應(yīng)以及不同浮冰要素對波浪傳遞影響;對于冰蓋而言,將其簡化為一端剛性固定,一端自由的懸臂梁模型,分別構(gòu)建了剛性冰蓋和彈性冰蓋的數(shù)值模型,對比了剛性冰蓋和彈性冰蓋邊界所受到的外力與最大彎曲應(yīng)力,得出不同冰蓋模型在波浪中的動力學(xué)特性,有望從外載荷角度為冰區(qū)船舶航行與海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計提供參考。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U661.3
【部分圖文】：

而非單一的冰載荷或者水載荷。冰區(qū)海域及高緯度地區(qū)海港，尤其在冬季??時節(jié)，都會發(fā)生冰凍現(xiàn)象，海水凍結(jié)而形成大面積固定冰，在大幅波浪、風(fēng)和流??的作用下可能發(fā)生變形與斷裂形成浮冰，如圖１．１所示，冰水域中浮冰形狀各異，??水平截面為三角形和不規(guī)則多邊形的浮冰居多，在洋流及波浪作用下在沿岸海域??堆積，并隨波發(fā)生漂移運(yùn)動，堵塞航道或者港口停泊處，還會與�？看�只發(fā)生碰??撞，具有安全隱患。??１??

水面的方向，波高范圍等分１５個網(wǎng)格，在波高范圍外，距離自由液面越遠(yuǎn)，網(wǎng)??格沿ｚ方向過渡稀疏；對于水平方向，保證一個波長范圍內(nèi)具有８０個網(wǎng)格，從??而滿足計算精度要求，如圖２．２和圖２．３所示。此次數(shù)值水槽約有１０３萬網(wǎng)格數(shù)。??１２??

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本文編號：2890169