●前言
第1章 緒論 1
1.1 冰載荷數值方法研究進展 2
1.1.1 冰載荷方法及方法 2
1.1.2 冰載荷的近場動力學方法 3
1.1.3 冰載荷的光滑粒子流體動力學方法 6
1.1.4 冰載荷的環向裂紋法 7
1.2 海方法研究進展 10
1.2.1 地球物理尺度下海方法 11
1.2.2 浮冰尺度下海方法 15
1.2.3 工程結構尺度下海方法 25
1.2.4 材料性能尺度下海方法 48
1.2.5 細觀尺度下海冰的離散分布特性 53
1.2.6 冰載荷的高性並行算法及計算軟件 55
1.3 基方法的冰載荷數值冰水池 57
1.3.1 面向冰載荷的數值冰水池研究框架 58
1.3.2 數值冰水池的軟件實現 60
1.3.3 數值冰水池的試驗驗證 63
1.3.4 數值冰水池的初步應用 64
1.4 小結 69
參考文獻 70
第2章 船舶與海洋工程結構冰載方法 81
2.1 海冰球方法及參數確定 81
2.1.1 間的接觸和黏結模型 81
2.1.2 間的黏結失效準則 86
2.1.3 平行黏結模型的尺寸效應及黏結失效參數 90
2.2 海冰擴展多面方法 100
2.2.1 擴展多面體形態的及接觸模型 100
2.2.2 間的黏結失效準則 103
2.2.3 海冰擴展多面的宏細觀參數關繫 107
2.3 海冰三維圓方法 112
2.3.1 海冰三維的構造及接觸判斷 112
2.3.2 海冰的浮力計算及拖曳力 114
2.3.3 海冰與海洋結構物間的接觸判斷 118
2.4 海冰與工程結構耦合的DEM-FEM方法 120
2.4.1 海與結的接觸搜索算法 122
2.4.2 海與結的界面耦合方法 126
2.4.3 DEM-FEM 耦合模型的驗證 133
2.5 海冰與流體耦合的DEM-SPH方法 137
2.5.1 光滑粒子流體動力學方法 138
2.5.2 SPH粒子與擴展多的耦合算法 145
2.5.3 DEM-SPH耦合的數值模擬分析及結果驗證 150
2.6 冰載荷的高性並行算法及計算分析軟件 160
2.6.1 冰載荷的GPU並行算法 160
2.6.2 冰載計算效率的提高途徑 167
2.6.3 海計算分析軟件研發 172
2.7 小結 181
參考文獻 182
第3章 海數值構造 187
3.1 海構造方法簡介 187
3.1.1 極地海冰構造方式 187
3.1.2 球的排列方式 189
3.2 平整冰構造 195
3.2.1 平整冰的球構造 195
3.2.2 平整冰的擴展多面構造 199
3.3 碎冰構造 204
3.3.1 基於二維Voronoi圖的碎冰區構造 204
3.3.2 碎冰塊的幾何規則度 206
3.4 冰脊方法構造 213
3.4.1 冰脊的球方法 214
3.4.2 冰脊的擴展多面方法 223
3.5 小結 235
參考文獻 235
第4章 極地船舶結構冰載荷分析 239
4.1 碎冰區船舶航行的冰阻力及冰載荷 239
4.1.1 碎冰區船舶結構冰阻力 239
4.1.2 浮冰塊對船舶結構衝擊的冰載荷 256
4.2 平整冰區船舶航行的冰阻力及冰載荷 259
4.2.1 平整冰區船舶結構冰載荷 260
4.2.2 輔助破冰條件下的船體冰載荷 267
4.3 船舶冰區操縱性分析 273
4.3.1 船舶六自由度運動方程 274
4.3.2 船舶操縱航行運動模型 275
4.3.3 船舶操縱驗證及破冰航行計算 276
4.3.4 極地船舶冰區操縱性能影響因素分析 278
4.4 單點繫泊繫統的冰載分析 281
4.4.1 軟剛臂單點繫泊繫統的數值模型 281
4.4.2 平整冰與單點繫泊繫統相互作用分析 282
4.4.3 碎冰與單點繫泊繫統相互作用分析 284
4.5 海冰與螺旋槳相互作用分析 287
4.5.1 海冰–螺旋槳的DEM-FEM耦合模型 288
4.5.2 海冰–螺旋槳切削過程的DEM-FEM耦合模擬 289
4.6 小結 295
參考文獻 295
第5章 海洋工程結構冰載荷分析 299
5.1 寒區海洋平臺結構冰載荷分析 299
5.1.1 直立結構冰載荷分析 299
5.1.2 錐體海洋結構冰載荷分析 307
5.1.3 多樁腿海洋平臺的冰載荷遮蔽效應 325
5.1.4 海冰與直立平面結構作用的冰壓力分布 333
5.2 固定式海洋工程結構冰激振動響應分析 337
5.2.1 海上風電基礎結構冰激振動分析 338
5.2.2 單樁海洋平臺結構冰激振動特性分析 346
5.2.3 多樁腿海洋平臺結構冰激振動的 DEM-FEM 耦合分析 354
5.3 浮式海洋平臺結構冰載荷分析 363
5.3.1 Kulluk 浮式海洋平臺的冰載荷分析 363
5.3.2 半潛式海洋平臺結構的冰載荷分析 371
5.4 核電站取水口的海冰堆積模擬 378
5.4.1 核電站取水口海冰堆積模擬.378
5.4.2 海冰堆積特性的影響因素分析 381
5.5 重力式沉箱平臺結構冰載荷分析 385
5.5.1 重力式沉箱結構模型簡介 385
5.5.2 海冰與Molikpaq沉箱作用過程的模擬 387
5.5.3 海冰與JZ9-3沉箱作用過程的模擬 388
5.6 小結 392
參考文獻 393

海冰與極地船舶和海洋工程結構作用時的動力破壞特性，以及海冰同海水、工程結構的多介質耦合作用對冰載荷的數值模擬提出了很大挑戰。《船舶與海洋工程結構冰載荷數值分析》首先綜述方法在船舶與海洋工程結構冰載荷數值模擬中的研究進展；接著介紹了極地海冰數值模擬的繫方法，以及海冰與海水、工程結構耦合作用的多介質、多尺度數值方法，並闡述了基於GPU並行計算的高性分析軟件；然後介紹了平整冰、碎冰和冰脊等不同類型海冰數值構造方法，並對船舶結構冰阻力和冰載荷、冰區操縱性，以及海冰與螺旋槳的耦合作用進行了全面分析；最後對導管架和沉箱式固定海洋平臺、浮式海洋平臺在海冰作用下的冰載荷及結構響應進行了繫統模擬。本書可作為船舶與海洋工程、機械、力學等領域從事極地裝備開發、冰載荷研究和抗冰結構設計的科研人員，以及高等院校相關專業的研究生和高年級本科生的參考用書。