移动与冲击载荷激励浮冰层的响应特性

目录第1章 绪论1.1 研究背景及意义11.1.1 冰面利用11.1.2 破冰应用31.2 研究发展概述71.2.1 理论分析与数值计算71.2.2 现场测试与模型实验91.3 主要研究内容12参考文献12第2章 移动载荷激励浮冰层位移响应的数学模型2.1 弹性力学的基本方程172.1.1 平衡微分方程172.1.2 几何方程192.1.3 物理方程202.2 冰层振动基本方程222.2.1 冰的基本特性222.2.2 冰层坐标系232.2.3 冰层的位移和应变张量232.2.4 冰层的运动微分方程252.2.5 冰层的本构关系262.2.6 位移和转角的关系282.2.7 用挠度表示的冰层振动微分方程292.3 流体力学的基本方程312.3.1 连续性微分方程312.3.2 欧拉运动微分方程322.3.3 拉普拉斯方程及其基本解342.3.4 拉格朗日积分362.4 二维规则波基本理论372.4.1 波浪运动的基本方程372.4.2 波浪运动的边界条件392.4.3 波浪运动数学模型及其简化392.4.4 微幅波的速度势412.4.5 微幅波的色散方程422.4.6 微幅波浪中的压强分布422.5 冰水系统的边界条件和初始条件43参考文献43第3章 移动载荷激励浮冰层位移响应的理论解法3.1 匀速移动载荷激励文克勒基上梁和板的响应453.1.1 载荷和基的基本形式453.1.2 文克勒基上的梁463.1.3 文克勒基上的板503.2 匀速移动载荷激励液体基上浮冰层的响应523.2.1 理论模型523.2.2 模型求解533.2.3 奇点法求临界速度573.2.4 能量法求临界速度613.2.5 计算结果与分析613.3 变速移动载荷激励液体基上浮冰层的响应653.3.1 理论模型653.3.2 模型求解673.3.3 计算结果与分析70参考文献74第4章 冲击载荷激励浮冰层位移响应的理论解法4.1 单位脉冲载荷激励浮冰层的位移响应754.1.1 理论模型754.1.2 模型求解764.1.3 计算结果与分析774.2 三角脉冲载荷激励浮冰层的位移响应794.2.1 理论模型794.2.2 模型求解804.2.3 计算结果与分析824.3 正弦载荷激励浮冰层的位移响应864.3.1 理论模型864.3.2 模型求解864.3.3 计算结果与分析884.4 移动集中载荷激励浮冰层的位移响应884.4.1 理论模型884.4.2 模型求解894.4.3 计算结果与分析90参考文献92第5章 移动载荷破冰的边界元与有限差分混合方法5.1 移动载荷定常运动的基本方程和边界条件935.1.1 纯水面上的理论模型965.1.2 纯冰面上的理论模型985.1.3 纯碎冰面上的理论模型995.2 边界元法与有限差分法相结合的数值计算方法995.2.1 扰动速度势用基本解表示1005.2.2 面元划分和控制点布置方式1015.2.3 冰层运动方程数值离散方法1015.3 算法实现与结果分析1065.3.1 算法实现和程序编制1065.3.2 数值计算结果验证1065.3.3 计算结果与分析1125.4 气垫船破冰效果的影响因素及分析评估1195.4.1 不同水深的影响分析1205.4.2 破冰效率估算1245.5 不同冰面工况下气垫船的破冰算例1245.5.1 纯冰面情况1255.5.2 半冰面-半水面情况127参考文献132第6章 移动载荷破冰数值模拟的有限元方法应用6.1 理论模型与耦合算法1336.1.1 理论数学模型1336.1.2 流-固耦合算法1356.1.3 计算方法验证1366.2 开阔水域浮冰层数值模拟1386.2.1 计算参数和几何模型1386.2.2 冰层位移和应力计算结果1396.2.3 破冰机理分析1476.3 梯形航道浮冰层数值模拟1476.3.1 计算参数1476.3.2 几何模型与网格划分1486.3.3 计算结果与分析1486.4 变水深航道浮冰层数值模拟1536.4.1 计算参数1536.4.2 几何模型和网格划分1536.4.3 计算结果与分析1546.5 弯曲航道浮冰层数值模拟1556.5.1 计算参数1556.5.2 几何模型和网格划分1556.5.3 计算结果与分析156参考文献158第7章 移动载荷激励仿冰材料位移响应的模型实验7.1 模型实验相似关系1597.1.1 基本方程1597.1.2 相似关系1607.1.3 模型冰试样1627.1.4 仿冰材料1637.2 模型实验测试系统1657.2.1 实验设备1657.2.2 位移测量1687.2.3 气垫载荷1707.3 仿冰材料位移响应实验1727.3.1 拖曳水槽实验1737.3.2 拖曳水池实验1787.4 实验结果分析与讨论1797.4.1 气垫速度的影响1797.4.2 启动距离的影响1837.4.3 气垫高度的影响1857.4.4 气垫压强的影响1867.4.5 水深的影响188参考文献189第8章 水下航行潜艇破冰的理论与实验研究8.1 潜艇动压载荷1908.1.1 细长体理论计算模型1908.1.2 回转体理论计算模型1928.1.3 兰金体理论计算模型1968.2 冰层响应计算方法2028.2.1 兰金体模型的渐近解2028.2.2 浮冰层下的潜艇运动2058.2.3 数值计算结果2068.3 潜艇模型破冰实验2118.3.1 实验测试系统2118.3.2 模型实验结果2128.3.3 破冰机理分析217参考文献217