基于近場動力學的海冰破壞數值模擬研究.pdf

1、隨著全球氣候變暖和北極航道的逐漸開放，世界各國對極地地區(qū)的海洋運輸與能源利用的興趣使極地海洋工程研究成為國內外學者的研究熱點。海冰是影響極地海洋工程安全性的主要因素，而衍生于經典連續(xù)介質力學的傳統(tǒng)數值方法在模擬海冰的復雜破壞過程時存在明顯的局限性，這一問題限制了極地海洋工程的研究進展。近場動力學方法是一種采用積分形式求解運動方程的無網格方法，對于模擬復雜材料破壞具有明顯優(yōu)勢。本文應用近場動力學方法對海冰破壞過程進行研究，主要內容包括：<

2、br>　　詳細闡述了鍵型近場動力學的基本理論和主要的數值方法。詳細討論了影響海冰力學性質的主要因素，針對海冰的主要力學性能，構建了一種滿足抗拉、壓強度不同和韌-脆轉換現象的基于鍵的近場動力學材料模型。在鍵型近場動力學彈脆性材料模型的基礎上，類比理想彈塑性模型的應力-應變關系，以鍵長變化速率作為控制韌-脆材料轉換的變量，建立了鍵型近場動力學海冰材料模型。
　　建立含有預置裂紋的二維和三維鍵型近場動力學計算模型，研究模擬過程中的裂紋路

3、徑和應力分布，將模擬結果分別與擴展有限元和實驗結果相對比，驗證近場動力學模擬結果的正確性。選取平板冰-加強板結構和平板冰-剛性立柱接觸作為計算模型，采用鍵型近場動力學模擬兩種工況下海冰與海洋工程結構之間的擠壓破壞過程，分析數值模擬過程中的破壞現象、冰力分布和總冰力特點，將數值模擬結果與前人實驗結果相對比，驗證近場動力學在典型極地海洋工程中應用的可靠性。
　　由于鍵型近場動力學不具有應力/應變的概念和無法直接引入本構模型等缺陷，新近

4、提出了一種狀態(tài)型近場動力學方法。本文詳細闡述了狀態(tài)型近場動力學理論和相應的數值方法。針對狀態(tài)型近場動力學的優(yōu)勢，采用狀態(tài)型近場動力學建立平板拉伸計算模型，與相應的有限元計算結果對比應力分布，并分析計算誤差。簡要介紹彈塑性模型的主要理論，進而在狀態(tài)型近場動力學中引入線性強化彈塑性材料模型，建立彈塑性材料單向拉伸計算模型，根據加載-卸載過程的應力-應變關系驗證相應材料模型的正確性，分析拉伸過程中的破壞現象和反作用力特點，采用狀態(tài)型近場動力學