杨碧野，黄志刚，刘宁，孙哲，张桂勇*,3,4

1 大连理工大学 船舶工程学院，辽宁省深海浮动结构工程实验室，辽宁 大连，116024 2 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300399 3 大连理工大学 工业装备与结构分析国家重点实验室，辽宁 大连，116024 4 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240

0 引 言

北极有着丰富的自然资源以及独特的战略位置，近年来，北极的开发逐渐成为国际热点[1]。在北极，冰区航路环境十分复杂，海面上存在很多尺度不一的浮冰，甚至是体积巨大的冰山和冰脊。得益于现代造船技术的发展，目前冰区航行船舶的性能及结构强度一般能够满足其在一定厚度的层冰和浮冰区内自由航行，但冰山对于极区船舶来说仍然是一种威胁。虽然船舶与冰山碰撞的概率并不大，但是一旦发生，就会给船舶结构以及船上人员安全带来危险。据Hill[2]的统计，在1619～2004 年间，共发生了约670 起船舶与冰山的碰撞事故，这些事故不但造成了人员伤亡和经济损失，还给周围环境带来了严重破坏。海冰的密度与海水非常接近，规模庞大的冰山位于海面以上部分的体积很小，隐蔽性很高，即便是借助船用雷达，也很难及时观测到这些海面上尺度较小的冰山[3]。特别是近年来随着全球气候变暖，小规模的冰山从融化的大型冰山中分离，导致航道内小型冰山出现的概率增加，因此，船舶与小型冰山的碰撞问题以及考虑碰撞载荷下船舶结构的设计问题亟待研究。

在船舶与冰山的碰撞问题中，涉及接触、大变形、流固耦合等多种复杂的非线性问题，给理论计算和数值模拟带来了挑战。……