在1969年渤海特大冰封期间，漂浮的海冰摧毁了由15根直径为0．85米、长为41米、打入海底28米处的空心圆筒钢结构的“海二井”海洋石油钻井平台。除此之外，重约500吨的“海一井”平台支座的所有拉筋都被海冰割断[3]，由此可见，海冰巨大的破坏力给船舶以及海洋建筑物带来极其严重的后果。

为有效预防船冰碰撞，除了对海冰运动状况的实时监测之外，还应加强船舶的结构强度，保证船体具有一定的韧性，尽量减少事故的发生，保证船员及乘客的人身安全。因此，对于船舶在冰区航行时冰对船体结构的碰撞具有重要的研究意义。本论文在一定的理论研究基础上，模拟冰与船用加筋板以及冰与船舶舱段的碰撞过程，并进行相关的计算仿真，为船舶在冰区航行的应用提供参考。

1.2 国内外研究现状

海冰对结构的作用力，一方面与它的整体动量有关，另一方面与海冰的力学性能有关。国内外学者对海冰的力学性能进行了大量的实验研究，通过实地观察海冰的破坏形式、在实验室进行冰体撞击、压缩等试验，以及测量冰力数据等，积累了可靠的力学数据。在此基础上，提出了海冰的本构模型，确定其力学参数。 

近些年来，随着有限元技术的日益完善，大量非线性有限元软件的使用日趋成熟，LS-DYNA软件也被Løset和Kvamsdal[4]第一次用于船-冰碰撞中。有些学者甚至还对基于非线性有限元软件的海冰材料模型进行了模拟。关于冰的研究大致分为两个部分：海冰本身力学性能的研究及船冰相互作用的研究。近几年来，人类加深对极地油气资源的探索，因此，船-冰碰撞问题受到越来越多的关注。由于我国对船冰碰撞领域的研究较晚，对船-冰碰撞的研究成果较少，而国外对船-冰碰撞的研究则较为丰富，尤其是环北极的一些国家。

关于海冰本身力学性能的研究，主要通过对冰载荷的试验得出结论。通常对圆柱形冰试件进行压缩、拉伸等实验，得到冰的应力-应变曲线。Cole[5]考虑冰复杂的组成成分。冰通常由固体冰，盐水，气体和毛孔组成，这些组成部分的百分比和排列变化很大，导致不同的冰特性。因此，应研究不同阶段或年龄的冰。Timco[6]指出，由于一年冰与多年冰的形成过程不同，因此在性质上有明显差异。此外，他还分别总结出一年冰和多年冰的密度、厚度、强度和孔隙率等冰力学特性，分析其材料性质之间的相互关系。Sanderson[7]探讨了冰的物理性质。由于垂直热流，一年冰的晶体在垂直方向上比横向上生长得更快。因此，一年冰具有典型的正交各向异性材料特性。不像一年冰，多年冰通常被视为各向同性材料。Jordaan[8]在微观层面对冰的特性进行了大量研究。对于薄冰，弯曲和开裂是主要的破碎模式，粉碎是厚冰的主要失效模式。此外，由于冰的同源温度高，因此，它是一种应变率依赖性材料。如果应变率低，蠕变和微裂纹主导冰的行为，这时冰可以作为粘性弹性材料处理。在高应变率时，冰具有典型的脆性破坏模式。

压力-面积关系通常用于说明船冰相互作用中的冰的力学性能。Schulson[9]从文献和现场测量的大量数据中总结出一种代表船-冰相互作用过程中的压力-面积关系的曲线图，并提出冰柱由线弹性本构材料模型表示。Masterson[10]等总结了一系列测试数据，根据国际标准化组织（ISO）的标准[11]，提出了一种新的局部压力与面积之间的关系。Palmer[12]等人使用断裂力学方法讨论了压力-面积曲线。根据他的解释，如果冰被理想化为弹性脆性材料，其强度可以由线弹性断裂力学定义。目前，压力-面积关系是冰力学的基石，被广泛用于表示碰撞载荷。 LS-DYNA冰碰撞下的船体结构动态响应分析模拟(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_206621.html