刘俊杰，王艺陶，赵南，董海波(中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082)

0 引 言

据《美国地理调查》评估，北极地区储存着大约30%的世界已探明天然气资源和13%的世界已探明石油资源[1]。北极丰富油气资源开采出来需要通过油船、液化气船等运输船舶运往世界各地，因此，这些船舶需要具备在极地冰区航行的能力。此外，随着全球气候变暖，北极冰川融化，北极航线逐渐开通，使得东亚至西欧和北美船运航程大大减小，经济效益显著提升，对运输船舶冰区航行能力也提出了要求。然而，北极航线有大量的冰层、浮冰、冰脊和冰山分布，船舶在航行过程中面临着巨大的冰体碰撞风险。当浮冰规模较大、船舶航速较高时，船体外板将会受到巨大的碰撞载荷，可能造成壳板变形、破裂，威胁船舶结构安全。

船舶与浮冰碰撞属于复杂的动态响应过程[2]，涉及运动、变形、材料等非线性问题，同时，碰撞过程还会受到周围海水介质的影响，存在流固耦合现象，采用理论方法对其动力学问题进行求解几乎是不可能的。随着非线性有限元模拟技术的飞速发展和大型商用软件计算功能的完善，船-冰碰撞过程可以采用软件进行数值模拟[3-6]。Gao[7]采用数值仿真方法对船与冰山碰撞过程开展了研究，分析了5 种不同冰山形状对碰撞过程的影响，仿真计算没有考虑船-海水以及冰山-海水之间的流固耦合影响。张充霖[2]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数值仿真，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。……