波浪中接驳小艇船体和浮冰块的耦合动力学特性数值研究

摘要

在极区海洋环境中航行的接驳小艇遭遇浮冰块时,可能发生船冰碰触甚至骑冰的现象。该种情况下船体的运动、船体与浮冰块的相互作用力是需要关注的问题。此问题涉及波浪和浮体、浮体和浮体相互作用,该文采用基于开源框架的SPH-DEM方法求解,即:基于光滑粒子水动力学方法(SPH)求解波浪运动、波浪和船体作用、波浪和浮冰块作用,基于离散单元法(DEM)求解船体与浮冰块的相互作用。在此基础上,针对0°和180°2种浪向、舯前和舯后2种船体重心纵向位置共4种计算工况,计算得到了船体和浮冰块的纵摇、纵荡、垂荡运动响应,以及船体和浮冰块的相互作用力。结果表明,重心在船体舯前时,船体和浮冰块紧密接触,两者运动响应幅值和频率较为一致;船体和浮冰块相互作用力以垂直分力为主,对应稳定时均值在0°、180°浪向分别可达船体自重的44.6%和88.9%;重心在船体舯后时,船体和浮冰块处于相对自由漂浮状态,垂直分力的稳定时均值接近零值。