冰-水-結(jié)構(gòu)物耦合運(yùn)動(dòng)學(xué)導(dǎo)論

目錄
前言
第1章 海冰基本性質(zhì) 1
1.1 概述 1
1.2 海冰的物理性質(zhì) 1
1.2.1 海冰的晶體結(jié)構(gòu) 1
1.2.2 海冰的密度及測(cè)量方法 4
1.2.3 海冰的溫度 5
1.2.4 海冰的鹽度 6
1.2.5 海冰的孔隙率與鹵水體積 7
1.2.6 海冰結(jié)冰過(guò)程簡(jiǎn)述 8
1.3 海冰的力學(xué)性質(zhì) 9
1.3.1 海冰的強(qiáng)度特征 9
1.3.2 海冰的破壞模式 11
1.4 冰力學(xué)的試驗(yàn)方法 17
1.4.1 單軸壓縮試驗(yàn) 17
1.4.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn) 19
1.4.3 巴西盤試驗(yàn) 20
1.4.4 圍壓試驗(yàn) 21
1.4.5 高速撞擊試驗(yàn) 22
1.4.6 原位彎曲試驗(yàn) 24
1.5 小結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
第2章 冰力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法 27
2.1 概述 27
2.2 有限元方法及其在冰力學(xué)方面的應(yīng)用 27
2.2.1 基本理論 27
2.2.2 擴(kuò)展方法 34
2.2.3 數(shù)值算例 35
2.3 離散元方法及其在冰力學(xué)方面的應(yīng)用 37
2.3.1 基本理論 37
2.3.2 接觸模型 39
2.3.3 參數(shù)標(biāo)定 42
2.3.4 數(shù)值算例 42
2.4 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法及其在冰力學(xué)方面的應(yīng)用 44
2.4.1 基本理論 44
2.4.2 數(shù)值方法 49
2.4.3 數(shù)值算例 50
2.5 光滑粒子水動(dòng)力學(xué)方法及其在冰力學(xué)方面的應(yīng)用 53
2.5.1 基本方程 54
2.5.2 光滑核函數(shù) 56
2.5.3 SPH形式的控制方程 57
2.5.4 數(shù)值技術(shù) 59
2.5.5 數(shù)值算例 61
2.6 格子玻爾茲曼方法及其在冰力學(xué)方面的應(yīng)用 66
2.6.1 玻爾茲曼方程 67
2.6.2 格子玻爾茲曼方程及數(shù)值模型 68
2.6.3 數(shù)值算例 72
2.7 小結(jié) 73
參考文獻(xiàn) 73
第3章 冰與波浪相互作用 76
3.1 概述 76
3.2 浮冰與波浪的相互作用 76
3.2.1 波浪作用下浮冰運(yùn)動(dòng)的理論分析 76
3.2.2 浮冰與波浪相互作用的數(shù)值模擬 80
3.2.3 浮冰與波浪相互作用的試驗(yàn)研究 83
3.3 冰蓋與波浪相互作用 89
3.3.1 冰蓋與波浪相互作用的理論分析 90
3.3.2 冰蓋和波浪相互作用的數(shù)值模擬 97
3.3.3 冰蓋和波浪相互作用試驗(yàn) 106
3.4 小結(jié) 112
參考文獻(xiàn) 112
第4章 冰與固定結(jié)構(gòu)物相互作用 114
4.1 概述 114
4.2 典型冰害和海冰破壞模式分類 114
4.2.1 典型冰害事故 114
4.2.2 海冰作用力分類 116
4.2.3 海冰的破壞模式 116
4.3 冰與斜坡結(jié)構(gòu)相互作用 117
4.3.1 冰與斜面結(jié)構(gòu)作用的靜冰力問(wèn)題 117
4.3.2 冰與錐形結(jié)構(gòu)作用的破壞模式 123
4.3.3 不同破壞模式的冰力計(jì)算 123
4.3.4 錐體結(jié)構(gòu)冰載荷的試驗(yàn)研究 128
4.4 冰與直立結(jié)構(gòu)相互作用 138
4.4.1 冰與直立結(jié)構(gòu)作用的擠壓破壞 138
4.4.2 冰與直立結(jié)構(gòu)作用的劈裂破壞 146
4.4.3 冰與直立結(jié)構(gòu)作用的屈曲破壞 147
4.4.4 冰與直立結(jié)構(gòu)作用的彎曲破壞 148
4.5 小結(jié) 149
參考文獻(xiàn) 149
第5章 冰區(qū)船運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)性能 151
5.1 概述 151
5.2 冰區(qū)船的阻力特性 151
5.2.1 破冰方式及冰阻力劃分方法 151
5.2.2 冰阻力預(yù)報(bào)方法 152
5.2.3 冰阻力經(jīng)驗(yàn)公式法 153
5.2.4 冰阻力半解析分析法 156
5.2.5 冰阻力模型試驗(yàn)法 161
5.3 冰區(qū)船的操縱特性 165
5.3.1 船舶操縱性基本理論 165
5.3.2 裸船體的力和力矩 167
5.3.3 螺旋槳和舵的力和力矩 170
5.3.4 冰力和冰力矩 171
5.3.5 經(jīng)驗(yàn)算法的有效性驗(yàn)證 174
5.4 冰區(qū)船的推進(jìn)特性及主機(jī)功率預(yù)報(bào) 175
5.4.1 海冰對(duì)螺旋槳的影響 175
5.4.2 冰級(jí)船主機(jī)功率的理論預(yù)報(bào)方法 177
5.4.3 冰級(jí)船主機(jī)功率的規(guī)范預(yù)報(bào)方法 181
5.5 冰區(qū)船的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性 183
5.5.1 數(shù)值模型構(gòu)建 183
5.5.2 冰區(qū)船的結(jié)構(gòu)響應(yīng)案例分析 187
5.6 小結(jié) 191
參考文獻(xiàn) 191
第6章 冰-水-結(jié)構(gòu)物耦合作用 194
6.1 概述 194
6.2 線性水彈性理論研究 194
6.3 冰-浪-固定圓柱耦合作用 196
6.3.1 基本數(shù)學(xué)方程 196
6.3.2 冰面應(yīng)力 198
6.3.3 圓柱受力 200
6.4 冰-水-移動(dòng)載荷耦合作用 202
6.4.1 興波特點(diǎn)及臨界速度 202
6.4.2 速度分區(qū)及滯后距離 205
6.4.3 興波阻力及冰面應(yīng)力 209
6.5 冰-水-航行船舶耦合作用 213
6.5.1 CFD-DEM耦合方法 213
6.5.2 層冰區(qū)航行 218
6.5.3 碎冰區(qū)航行 221
6.6 小結(jié) 225
參考文獻(xiàn) 225
第7章 輔助破冰方法 227
7.1 概述 227
7.2 輔助破冰方法分類 227
7.3 沖擊載荷破冰方法 228
7.3.1 爆炸破冰方法 228
7.3.2 高壓氣泡破冰方法 228
7.4 機(jī)械式破冰方法 230
7.4.1 機(jī)械鋸破冰方法 231
7.4.2 激振力共振破冰方法 231
7.5 輔助介質(zhì)式破冰/清冰方法 232
7.5.1 氣泡輔助破冰/清冰系統(tǒng) 232
7.5.2 沖水系統(tǒng) 234
7.6 輔助船舶運(yùn)動(dòng)式破冰方法 236
7.6.1 俯仰系統(tǒng) 236
7.6.2 高速橫搖系統(tǒng) 236
7.7 額外浮體/新構(gòu)型破冰方法 236
7.7.1 氣墊破冰平臺(tái)/船 237
7.7.2 水下潛體 238
7.8 小結(jié) 239
參考文獻(xiàn) 239