冰区加强型平台船破冰荷载模拟测试技术综述

一、数值模拟方法

离散元法（DEM）

通过离散化冰体颗粒，模拟冰与船体的相互作用，适用于碎冰区和冰脊场景。例如，Jungyong Wang等基于LS-DYNA软件模拟TeinyFox号破冰船阻力性能，分析了碎冰密集度对荷载的影响

有限元法（FEM）

建立船-冰-水耦合模型，计算冰载荷时程曲线。哈尔滨工程大学研究团队采用LS-DYNA软件对极地物探船进行冰载荷模拟，验证了冰体单元尺寸对计算结果的影响

光滑粒子流体动力学（SPH）

适用于流体-冰相互作用的动态模拟，可分析破冰过程中的水动力响应

二、模型试验技术

冰池试验

冰-桨耦合试验：通过控制冰厚、船速等参数，测试螺旋桨在冰载荷下的动力响应。第七O八研究所与德国HSVA合作开发了冰桨干扰试验方法，优化推进系统设计

冰载荷挤压试验：模拟船艏连续破冰工况，测量冰层破碎过程中的瞬态荷载

现场监测

通过分布式应变传感器和六自由度运动参数采集，直接获取实船冰载荷数据。例如，轻型破冰船采用剪应变测试方法，分析冰载荷的时空演化规律

三、设计优化与挑战

结构强度设计

采用高强度钢材和局部加热系统，增强船体抗冰能力。例如，探索三号科考船通过国产化冰区声学探测装备和月池系统，提升冰区作业安全性

推进系统适配

可调螺距螺旋桨和侧推器的配置，可优化破冰效率。江苏科技大学研究团队通过数值模拟分析螺旋桨在碎冰区的载荷分布，提出抗冰推进器设计策略

复合环境适应性

需考虑低温、海浪、冰雪等多因素耦合作用。例如，海上风电平台通过安装抗冰锥，降低冰载荷对结构的影响

四、未来发展方向

多尺度耦合模拟

结合DEM与FEM，实现从冰体破碎到船体结构响应的全链条模拟

人工智能辅助优化

利用机器学习算法预测冰载荷分布，优化破冰船线型设计

国产化技术突破

推进冰区动力定位系统、智能控制技术的研发，打破国外技术垄断

引用说明：以上内容综合了数值模拟方法19、模型试验技术17、结构设计案例510及未来趋势1417，覆盖了冰区平台船破冰荷载测试的全流程技术要点。