[发明专利]一种航海模拟器模拟船冰交互过程的海冰计算方法

摘要

本发明公开了一种航海模拟器模拟船冰交互过程的海冰计算方法，即根据当前海况信息将海冰计算具体划分为破冰计算模块和刚体运动模块，然后对破冰过程中的海冰力、海冰碎冰形状及海冰运动状态进行计算分析，生成的结果传入船舶运动模型以及冰区视景系统。本发明弥补了航海模拟器中海冰计算方法的空白，将半无限平面弹性地基理论、楔形梁结构以及能量守恒理论应用于相对应的模块中，计算了碎冰形成条件、破冰弯曲应力、碎冰能量分布及运动状态。本发明可以在航海模拟器冰区仿真视景中很好的表现海冰物理特性，而且作为船冰交互过程可视化的物理基础，可以逼真对破冰过程进行动态模拟，并为船舶运动模型提供可靠的海冰受力反馈。

主权项

1.一种航海模拟器模拟船冰交互过程的海冰计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、数据初始化通过航海模拟器设置初始时刻、时间步长Δt、最终时刻，并输入初始时刻船舶位置信息和海冰状态信息；B、检测海冰数量当船舶进入海冰场的时候，航海模拟器开始检测船体周围并确定与之有接触关系的海冰数量N，若海冰场为未破碎的平整冰，则令N＝1；C、判定并标记海冰类型确定船体水线周围的海冰并将其标记为可破冰或不可破冰，二者的判定标准简化为单个海冰的体积V是否达到海冰破碎的极限体积V_limit；将不在船冰接触范围内的海冰及水线下与船体有接触的海冰都标记为不可破冰；D、计算海冰受力情况将海冰的受力情况分解为四个部分：重力、浮力、阻尼力和船冰接触应力，其中：不可破冰的船冰接触应力的作用结果是使海冰自由运动，具体应用刚体运动模块进行计算，并得出海冰运动状态；可破冰的船冰接触应力的作用结果是海冰破碎，其破碎标准是船体对可破冰的压力达到其最大承受压力，具体应用破冰计算模块进行计算；破冰计算模块计算结果包括海冰在破冰过程中受到的海冰力和海冰碎冰形状变化；E、将船冰接触力数据传入船舶运动模型航海模拟器对船冰接触应力的计算结果加以保存并导出至船舶运动模型，用于下一个时间步长的计算；F、将海冰碎冰形状及海冰运动状态传入冰区视景系统更新当前海冰破碎及运动状态，并将状态信息导出至冰区视景系统；G、结束判断如果当前时刻大于最终时刻，则计算结束，否则，增加时间步长Δt，并利用船舶运动模型更新后的船舶位置信息和海冰状态信息代替原有的船舶位置信息和海冰状态信息，转步骤B。