船舶在平整冰区行进过程的离散元分析

船舶在冰区航行中,冰荷载是船舶结构设计和安全航行的重要影响因素。采用具有黏结破碎特征的离散单元法对船舶在平整冰区的航行过程进行了数值分析。在船舶破冰过程的离散元模拟中,平整冰由球形颗粒黏结而成,同时考虑了海水浮力和拖曳力对海冰单元的作用,颗粒间的黏结作用可在海冰与船体的相互作用过程中发生破碎;船体由三角形单元构造,分析了在海水浮力、推进器推力及海冰共同作用下船体的六自由度运动特性。通过船体与海冰相互作用的离散元分析,确定了船舶在破冰过程中海冰作用在船体上的冰荷载,探讨了船舶推进器推力和海冰厚度对冰荷载的影响,并与Lindqvist船体冰阻力经验公式进行了对比。     

螺旋桨对海冰切削作用的DEM-FEM耦合分析

当船舶在冰区航行时,螺旋桨会与海冰相互碰撞并导致桨叶的变形和损坏,进而影响船舶的航行安全。为研究海冰与螺旋桨的相互作用过程,采用离散元(DEM)—有限元(FEM)耦合方法构建海冰—螺旋桨切削模型。海冰和螺旋桨模型分别采用具有黏结—破碎特性的球体离散单元和8节点六面体有限单元构造。基于该DEM-FEM耦合模型讨论了不同切削深度下,螺旋桨所承受冰载荷的特点和规律;最后,研究了螺旋桨切削海冰过程中进速系数、推力系数、扭矩系数之间的对应关系,并讨论了海冰—螺旋桨相互作用过程中冰压力、Mises应力和变形的分布特点。以上研究可为寒区船舶安全航行和螺旋桨设计提供有益的参考。     

基于雷达海冰图像互相关的冰漂流场测量

我国的渤海和黄海北部在每年冬季都出现不同程度的冰情,它直接影响结冰海区的石油平台、船舶以及港口等设施的正常作业,对海冰的观测与预报随着上述海区的开发利用越发显得重要,利用航海雷达连续准确地跟踪海冰漂移运动轨迹,是当今观测、调查、研究冰漂流移动规律的有效方法之一,我国的科研人员利用雷达成像技术对渤海的冰情进行了长期的雷达海冰观测、研究,在由雷达海冰图像对海冰的物理特征的识别、分类以及冰漂流场测量方面取得了一些进展[1-4]。     

基于广义接触模型的离散元方法及其对船体冰载荷的分析

冰载荷是影响船舶结构安全的主要环境载荷,因而确定破冰船的冰载荷特征可用于船体结构设计及船舶安全预警分析。海冰作为典型的脆性材料,可采用单元间具有黏结失效效应的离散元方法模拟其破碎行为。为有效地模拟海冰破碎的渐进过程,采用由局部黏结点组成黏结单元的广义接触模型。为分析该模型中直接决定黏结单元失效的强度参数的影响,采用海冰单轴压缩和三点弯曲试验数值模拟进行分析。通过模型试验确定了失效模型中法向黏结强度、切向黏结强度和Mohr-Coulomb准则中的接触摩擦系数的影响。将该数值模型应用于极地科学考察船"雪龙号"的平整冰区冰载荷分析中,并与船舶整体冰阻力经验公式进行了对比验证。     

渤海海冰特征

本文总结了中国渤海海冰的调查研究、试验分析、应用经验,给出了渤海冰的主要特征、工程应用参数,以及冰力计算方法和海冰管理的组织实施办法。副极地海域冰动力学－渤海冰研究     

冰脊形成过程的离散元模拟及影响因素分析

冰脊对极地船舶及海洋工程结构的冰载荷设计及冰区安全运行具有重要的影响,其几何形态是重要的考虑因素。为研究冰脊的几何形态,本文基于Voronoi切割算法构造扩展多面体海冰单元,并使其相互冻结形成平整冰;采用离散单元法模拟海冰在相对运动时挤压形成冰脊的动力过程,统计分析脊帆高度、龙骨宽度、龙骨深度、龙骨水平倾角等主要几何参数,并确定这些几何参数间的对应关系。将离散元模拟结果同冰脊现场观测资料对比分析以验证扩展多面体离散元方法模拟冰脊形成过程的可行性。在此基础上讨论冰厚、冰速、海冰强度等因素对冰脊形态的影响。本文采用离散元方法对冰脊形成过程及几何特性的数值分析可为深入开展冰脊的形成机理及其对船舶、海洋工程结构物的冰载荷分析提供参考依据。     

辽东湾海冰现场调查研究

以辽东湾沿岸海洋站、海岸及海上海冰调查研究成果为基础,定性归纳了辽东湾海冰的特点,主要强调它同其它海域海冰的区别。定量表达了辽东湾海冰的内部结构特征,温度、盐度。密度、导热系数及冰下水温、盐度的潮流效应。给出现场原位悬臂梁弯曲强度的卤水体积表达方式。     

辽东湾海冰及运动特点分析

本文利用１９８７－１９９２年度渤、黄海海冰调查及ＮＯＡＡ卫星资料，经过计算、分析和研究，得出了：一般年份（常年）辽东湾海冰的分布规律，其流冰最大外缘线与湾形相似。同时表明：辽东湾的流冰运动受控于潮流，呈东北－西南向的往复运动，风使流水沿风向作水平位移，余流对流冰运动有微弱影响。     

桑沟湾海冰厚度遥感反演研究

为解决现场调查数据覆盖不足的问题,利用卫星遥感数据(Landsat TM和ETM+)对桑沟湾海域的海冰厚度进行了反演。与Zubov模型计算结果相比,本反演结果与之接近(相关系数0.89)。由遥感影像提取结果看出,桑沟湾海冰厚度随时间和空间变化明显。在轻冰年份,桑沟湾基本无冰。在偏重冰年和重冰年份,桑沟湾出现大量浮冰,并且海冰在水动力和风应力的作用下,呈现由近岸到离岸冰厚不断减小的趋势。重冰年份桑沟湾南侧由于受潮汐和风力推动作用下发生挤压变形,近岸出现平均冰厚较大的海冰(20 cm),桑沟湾中部也出现平均厚度约5~10 cm的海冰。     

渤海海冰漂移数值研究

本文利用海冰－海洋动力耦合模式对渤海典型天气形势下海冰动力过程作了数值模拟，海冰模式建立在动量和质量守恒基础上，忽略了海冰变化的热力过程。海冰厚度被划分为三类：堆积冰、平整冰和开阔冰，冰的形变由一个厚度的重新分布约束条件确定。海洋模式是一个二维风暴潮模式．同时考虑了潮汐的作用。风场资料来自于沿岸气象观测站每日四次的风观测，计算网格是十分之一经纬度。主要的分析和模拟是在大气和海洋共同作用下海冰的漂流特点。观测结果比较表明，数值模拟结果基本上反映了该海域流冰的漂移性质，同时也可为短期冰情预报提供有益的参考。     

海冰数值模拟进展

1 海冰的性质和热力学环境 海冰的特征主要表现在冰面积、厚度、密集度及冰的种类(多年冰、当年冰等)。这些属性是随着地理环境和时间的变化而变化的。海冰的面积和厚度有明显的季节性变化和年际变化。根据海冰观测情报分析,海冰的面积及其     

渤海海水漂移数值研究

本文利用海冰－海洋动力耦合模式对渤海典型天气形势下海冰动力过程作了数值模拟，海冰模式建立在动量和质量守恒基础上，忽略了海冰变化的热力过程。海冰厚度补划分为三类：堆积冰、平整冰和开阔冰，冰的形变由一个厚度的重新分布约束条件确定，海洋模式是一个二维风暴潮模式，同时考虑了潮汐的作用。风场资料来自于沿岸气象观测站每日四次的风观测。计算网络是十分之一经纬度。主要的分析和模拟是在大气和海洋共同作用下海洋的漂流     

渤海的海冰

本文根据渤海海冰研究和来自卫星遥感、飞机和船舶航测、岸站观测、野外现场实验以及历史记载等,概述渤海冰形成、类型、物理力学性质和冰情、漂移等。     

用机载八毫米成象微波辐射计探测海冰

引言海冰对于人类在海上的活动影响是很大的。海面固定冰盖严重阻碍海上航行,海上浮冰威胁船舶的安全航行,甚至摧毁海上采油平台。海冰中的浮冰每天以10～20公里的速度移动。水道、冰穴、冰顶盖变化是很快的,可以说,海冰是地球表面上变化最快的固体。随着国民经济的发展,渤海湾油气资源的大力开发,对渤海冰情资料的要求越来越高;应用简单仪器进行目测是远跟不上用户的要求的。因此,对于我国具有冰面的海域进行调     

海冰与直立结构相互作用的破坏模式研究

海冰在结构前的破坏模式以及产生的冰载荷与结构尺度和海冰厚度密切相关。采用海冰离散元方法（DEM）模拟平整冰与直立结构相互作用过程中的海冰破坏模式及整体冰载荷。该离散元方法的计算参数通过与Norstr?msgrund灯塔的现场实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,对不同宽厚比（结构宽度与海冰厚度的比值）工况下平整冰与直立结构作用过程中的海冰破坏模式和整体冰压力进行了离散元分析。模拟结果表明：当宽厚比＜10时,海冰破坏模式主要为挤压破坏;当10≤宽厚比＜30时,海冰混合破坏发生;当宽厚比≥30时,海冰屈曲破坏发生。从海冰断裂长度与平均冰压力两个方面进一步说明了海冰破坏模式的转变过程。最后,构建了直立结构极值冰压力计算公式。研究成果可为寒区直立结构的整体设计提供参考。     

辽东湾海冰设计要素的初步统计

本文就近年来大量海冰调查研究结果,对辽东湾海域的几个海冰要素做初步统计。所统计的内容概括了海洋工程设计阶段所涉及到的海冰冰期、分布范围、平整固定冰的厚度及其冰温、含盐度的垂直分布特征值,单轴抗压强度等。     

夏季北极密集冰区范围确定及其时空变化研究

研究夏季北极密集冰区的范围变化是了解北极海冰融化过程的重要手段。密集冰区与海冰边缘区之间没有明确的分界线, 海冰密集度在两者之间平滑过渡, 确定密集冰区范围就需确定一个密集度阈值。文中依据分辨率为6.25 km的AMSR-E遥感数据, 发现不同密集度阈值所围范围在密集冰区边缘处的减小存在由快变慢的过程, 同时与周围格点的密集度差异变化在该处最为显著, 对这两个特征进行统计分析, 获得的阈值同为89%, 具有明确的物理意义和合理性。以此为基础, 运用腐蚀算法剔除海冰边缘区, 同时结合连通域法排除小范围密集冰的影响, 进而确定密集冰区的范围。结果表明, 2002-2006年密集冰区覆盖范围较大, 年际变化较小, 2007年以后明显减小, 2010年与2011年相继出现最小值, 其中2011年的范围最小值仅为2006年的64%。密集冰区范围的变化不同于海冰覆盖范围, 是具有独立特性的海冰变化参数, 反映出高密集度海冰区域的变化特征。海冰的融化与海冰边缘区的变化是导致密集冰区范围发生变化的两个主要因素, 受动力学因素的影响, 海冰边缘区发生伸展或收缩, 发生密集冰区与海冰边缘区互相转化。本文提出了一种研究北极海冰变化的新思路, 密集冰区覆盖范围的减小表明北极中央区域高密集度海冰正持续减少。     

岸滨海冰调查总结会在大连召开

北海分局岸滨海冰调查总结会于1992年4月3～4日在大连召开。国家海洋局管理监测司、北海分局、大连、秦皇岛中心海洋站、海洋技术研究所、海洋环境预报中心、海洋环境监测中心、海洋标准计量中心等单位的代表出席了会议,会议对增加海冰要素观测和开展岸滨海冰调查四年来的工作情况进行了认真全面的总结,对下一步岸滨海冰调查的测点布局、观测方法改进、仪器设备更新方案及如何使岸滨海冰调查工作更好地为海洋经济和海洋产业的发展提供服务等问题进行了热烈地讨论,大家一致认为:海冰     

渤海海冰工程设计特征参数

以我国30余年渤海海冰分布、生消规律的调查研究和近10年来海冰物理和力学性质、海冰工程设计参数等应用研究成果为基础,归纳了渤海海冰的基本特点,统计出渤海沿岸海洋站及海上海冰的冰期、冰量、冰厚等时空分布特征值,结合国内外海冰物理和力学试验研究结果,总结出渤海海冰物理和力学设计特征参数。     

辽东湾粒状海冰弯曲力学行为试验研究

弯曲破坏是冰与船舶和锥形海洋结构物相互作用时经常发生的一种冰破坏模式。全球变暖延长了渤海海冰的冻结期,导致冰层中粒状冰的比例呈增加趋势。为了更好地理解渤海粒状海冰的弯曲力学行为,使用2010－2011年冬季在辽东湾收集的粒状海冰进行了实验室三点弯曲试验。在?5、?10和?15°C条件下,共测试了42个海冰试样。应变速率范围为1×10?6~6×10?4 s?1,加载方向垂直于原始冰面。在试验过程中,测量每个冰试样的盐度和密度以计算孔隙率。试验分别给出了弯曲强度和有效弹性模量关于孔隙率的参数化关系,归一化后,弯曲强度在整个应变速率范围内没有速率依赖性。相比之下,有效弹性模量随着应变速率的增大而增大。以孔隙率和应变速率为因子,建立了冰试样有效弹性模量的参数化方程。