基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析

摘要：

离散元方法广泛应用于海冰,特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟.为构造碎冰区中的冰块几何特性,基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态,并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充,从而确定碎冰区的初始分布场.在采用Voronoi图进行碎冰区构造时,可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定.为确定冰块的不同几何规则度,综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换.为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律,对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析,从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性.在此基础上,本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算,讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响.

关键词：碎冰区、Voronoi切割算法、离散元方法、锥体海洋结构、冰荷载

所属期刊栏目：36

分类号：P751;O158(海洋工程)

资助基金：国家重点研发计划2016YFC1402706,2016YCF1401505;国家自然科学基金41576179,51639004

在线出版日期：2019-09-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：454-463