雷建奇, 狄少丞*, 于加一, 王迎晖

(1.哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001； 2.中国船舶重工集团有限公司第七○二研究所，无锡 214082)

1 引 言

近年来，极地资源开发以及极地航道开辟越来越受到人们的关注与重视[1]，冰区船舶作为进行这两项工作的重要载体，如何保证其在冰区航行时的安全性显得尤为重要。冰区船舶在平整冰区航行时，船体与冰排的相互作用给船体带来的冰载荷对船舶的安全性与适航性有重要影响，船体所受冰载荷主要来源于冰排破碎[2]。对于船-冰相互作用，国内外学者们通过各种手段进行了广泛的研究，但到目前为止人们对于这一问题的理解还十分有限[3]。海冰破碎时表现出离散的特性，同时不同尺度下海冰分布也十分离散[4,5]，因此使用离散元方法模拟海冰与结构物的作用具有一定优势[6,7]，能较好地模拟船-冰作用中海冰从完整状态到破碎状态的过程[8]。

Shen等[9]最先在海冰动力学的研究中引入基于颗粒理论的离散元方法，在有限的假设下推导了理想二维破碎冰流场的碰撞流变学，并开发了与之对应的蒙特卡洛模拟方法。Lau等[10-11]使用三维离散元方法模拟了Canadian号破冰船与冰排的相互作用，之后进一步采用三维块体离散元模拟了破冰船在冰区中的直线航行和回转运动，分析了破冰船在不同航行状态下受到的冰阻力。Karulin等[12]以一组具有粘弹性体相互作用的漂浮圆盘代表浮冰，计算不同漂浮速度下系泊船舶与浮冰的相互作用，同时将数值计算结果与冰池模型试验进行对比，发现所建立的数值模型可用于浮冰中系泊油轮的理论分析。……