孔帅，季顺迎，季少鹏，王迎晖，刚旭皓

1 中国船舶科学研究中心, 江苏 无锡 214082 2 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024

0 引 言

近 40 年来，受全球气候急剧变暖的影响，极地海冰覆盖面积持续减少，引起了各国开发利用北极自然资源的热情[1-2]。目前，我国在固定式海油钻井平台的运营方面已具有较为完备的设计建造基础[3]。移动式结构中的浮式结构适用于水深较深的海域，更加便于在极区的移动作业[4-6]，但我国在冰区浮式结构运营方面尚处起步阶段。因此，建立一套科学、有效的冰载荷预报技术是冰区浮式结构优化设计和冰激疲劳损伤特性分析的关键。

近年来，基于单元法的冰载荷预报分析技术已受到各国学者的关注，例如有限单元法[7]、近场动力学[8]和离散元法（discrete element method，DEM）[5,9-11]。离散元法由Cundall 等[12]提出，适于模拟散体材料在准静态或动态载荷激励下的运动、变形及破坏过程。寒区海域中的海冰呈现出很强的离散分布特性，离散元模型已被成功应用于碎冰动力过程[5,9-10]及海冰流变学的研究[11]。

为进一步精细化模拟浮式结构−冰相互作用的过程，离散元法需要在海冰的破碎分析、海冰拓扑形态表征及计算效率等方面有所突破。在海冰与浮式结构的相互作用过程中，海冰的破碎属于典型的脆性破坏过程[13]。Potyondy 等[14-22]基于球形单元提出了平行黏结模型，该模型通过在接触单元之间建立梁单元模型来传递单元之间的力和力矩，并根据梁单元上的最大应力是否达到预设强度来判断材料是否破碎。……