余超(安徽省皖江船舶检验局,安徽芜湖241000)



船舶的冰运动方程研究

余超
(安徽省皖江船舶检验局,安徽芜湖241000)

摘要：由于破冰船航行区域及工作任务的特殊性，对于海冰与船体的相互作用越来越受到重视。了解冰的作用机理，对冰船间运动的数值模拟极其重要。本文对三维的冰运动方程进行了分析，并运用水弹性理论，对冰的平移、转动和变形方程的耦合作用进行了分析。

关键词：冰运动;水弹性理论;合

目前在经济快速发展、能源紧缺的情况下，海洋和极地新能源的开发备受关注，破冰船将为此承担不可替代的作用。破冰船在冰区作业过程中，海冰对其的作用力是破冰船设计中的主要载荷。为了对冰船间的作用进行数值模拟，必须对冰运动过程有准确的表示，这就涉及到冰运动方程的求解问题。

冰的运动可分为三部分，即平动、转动和变形，其方程如下所示。可见，其包含了刚性和弹性运动，本文运用水弹性理论对其进行分析，并对三者间的耦合作用进行了说明。

1冰运动方程

1.1平动方程

运用牛顿第二定律，即可得到方程1-1，其中M为单元冰的质量矩阵，U为单元冰的速度矩阵，Fi为冰块间的接触力矩阵。

1. 2、转动方程

根据动量矩定理：

Q为绕质心的动量矩：

其中，r为某点至质心的矢径：

则有：

而惯性矩表达式为：

可以得到：

从而可推导出冰运动的转动方程式1-2。

3、弹性变形方程

弹性变形方程1-3即为弹性变形的本构方程，其中Me为冰块的有效质量矩阵，ε、σ分别为冰块的应变、应力。……