目錄
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義1
1.1.1 冰面利用1
1.1.2 破冰應用3
1.2 研究發(fā)展概述7
1.2.1 理論分析與數(shù)值計算7
1.2.2 現(xiàn)場測試與模型實驗9
1.3 主要研究內(nèi)容12
參考文獻12
第2章 移動載荷激勵浮冰層位移響應的數(shù)學模型
2.1 彈性力學的基本方程17
2.1.1 平衡微分方程17
2.1.2 幾何方程19
2.1.3 物理方程20
2.2 冰層振動基本方程22
2.2.1 冰的基本特性22
2.2.2 冰層坐標系23
2.2.3 冰層的位移和應變張量23
2.2.4 冰層的運動微分方程25
2.2.5 冰層的本構(gòu)關系26
2.2.6 位移和轉(zhuǎn)角的關系28
2.2.7 用撓度表示的冰層振動微分方程29
2.3 流體力學的基本方程31
2.3.1 連續(xù)性微分方程31
2.3.2 歐拉運動微分方程32
2.3.3 拉普拉斯方程及其基本解34
2.3.4 拉格朗日積分36
2.4 二維規(guī)則波基本理論37
2.4.1 波浪運動的基本方程37
2.4.2 波浪運動的邊界條件39
2.4.3 波浪運動數(shù)學模型及其簡化39
2.4.4 微幅波的速度勢41
2.4.5 微幅波的色散方程42
2.4.6 微幅波浪中的壓強分布42
2.5 冰水系統(tǒng)的邊界條件和初始條件43
參考文獻43
第3章 移動載荷激勵浮冰層位移響應的理論解法
3.1 勻速移動載荷激勵文克勒基上梁和板的響應45
3.1.1 載荷和基的基本形式45
3.1.2 文克勒基上的梁46
3.1.3 文克勒基上的板50
3.2 勻速移動載荷激勵液體基上浮冰層的響應52
3.2.1 理論模型52
3.2.2 模型求解53
3.2.3 奇點法求臨界速度57
3.2.4 能量法求臨界速度61
3.2.5 計算結(jié)果與分析61
3.3 變速移動載荷激勵液體基上浮冰層的響應65
3.3.1 理論模型65
3.3.2 模型求解67
3.3.3 計算結(jié)果與分析70
參考文獻74
第4章 沖擊載荷激勵浮冰層位移響應的理論解法
4.1 單位脈沖載荷激勵浮冰層的位移響應75
4.1.1 理論模型75
4.1.2 模型求解76
4.1.3 計算結(jié)果與分析77
4.2 三角脈沖載荷激勵浮冰層的位移響應79
4.2.1 理論模型79
4.2.2 模型求解80
4.2.3 計算結(jié)果與分析82
4.3 正弦載荷激勵浮冰層的位移響應86
4.3.1 理論模型86
4.3.2 模型求解86
4.3.3 計算結(jié)果與分析88
4.4 移動集中載荷激勵浮冰層的位移響應88
4.4.1 理論模型88
4.4.2 模型求解89
4.4.3 計算結(jié)果與分析90
參考文獻92
第5章 移動載荷破冰的邊界元與有限差分混合方法
5.1 移動載荷定常運動的基本方程和邊界條件93
5.1.1 純水面上的理論模型96
5.1.2 純冰面上的理論模型98
5.1.3 純碎冰面上的理論模型99
5.2 邊界元法與有限差分法相結(jié)合的數(shù)值計算方法99
5.2.1 擾動速度勢用基本解表示100
5.2.2 面元劃分和控制點布置方式101
5.2.3 冰層運動方程數(shù)值離散方法101
5.3 算法實現(xiàn)與結(jié)果分析106
5.3.1 算法實現(xiàn)和程序編制106
5.3.2 數(shù)值計算結(jié)果驗證106
5.3.3 計算結(jié)果與分析112
5.4 氣墊船破冰效果的影響因素及分析評估119
5.4.1 不同水深的影響分析120
5.4.2 破冰效率估算124
5.5 不同冰面工況下氣墊船的破冰算例124
5.5.1 純冰面情況125
5.5.2 半冰面-半水面情況127
參考文獻132
第6章 移動載荷破冰數(shù)值模擬的有限元方法應用
6.1 理論模型與耦合算法133
6.1.1 理論數(shù)學模型133
6.1.2 流-固耦合算法135
6.1.3 計算方法驗證136
6.2 開闊水域浮冰層數(shù)值模擬138
6.2.1 計算參數(shù)和幾何模型138
6.2.2 冰層位移和應力計算結(jié)果139
6.2.3 破冰機理分析147
6.3 梯形航道浮冰層數(shù)值模擬147
6.3.1 計算參數(shù)147
6.3.2 幾何模型與網(wǎng)格劃分148
6.3.3 計算結(jié)果與分析148
6.4 變水深航道浮冰層數(shù)值模擬153
6.4.1 計算參數(shù)153
6.4.2 幾何模型和網(wǎng)格劃分153
6.4.3 計算結(jié)果與分析154
6.5 彎曲航道浮冰層數(shù)值模擬155
6.5.1 計算參數(shù)155
6.5.2 幾何模型和網(wǎng)格劃分155
6.5.3 計算結(jié)果與分析156
參考文獻158
第7章 移動載荷激勵仿冰材料位移響應的模型實驗
7.1 模型實驗相似關系159
7.1.1 基本方程159
7.1.2 相似關系160
7.1.3 模型冰試樣162
7.1.4 仿冰材料163
7.2 模型實驗測試系統(tǒng)165
7.2.1 實驗設備165
7.2.2 位移測量168
7.2.3 氣墊載荷170
7.3 仿冰材料位移響應實驗172
7.3.1 拖曳水槽實驗173
7.3.2 拖曳水池實驗178
7.4 實驗結(jié)果分析與討論179
7.4.1 氣墊速度的影響179
7.4.2 啟動距離的影響183
7.4.3 氣墊高度的影響185
7.4.4 氣墊壓強的影響186
7.4.5 水深的影響188
參考文獻189
第8章 水下航行潛艇破冰的理論與實驗研究
8.1 潛艇動壓載荷190
8.1.1 細長體理論計算模型190
8.1.2 回轉(zhuǎn)體理論計算模型192
8.1.3 蘭金體理論計算模型196
8.2 冰層響應計算方法202
8.2.1 蘭金體模型的漸近解202
8.2.2 浮冰層下的潛艇運動205
8.2.3 數(shù)值計算結(jié)果206
8.3 潛艇模型破冰實驗211
8.3.1 實驗測試系統(tǒng)211
8.3.2 模型實驗結(jié)果212
8.3.3 破冰機理分析217
參考文獻217