液舱晃荡与船冰碰撞耦合的数值模拟
摘要
在极地航行的破冰型LNG船与海冰发生碰撞后，不仅会给船体结构造成威胁，同
时会引起舱内液货的晃荡冲击。不同的冰况、航速、液舱形状等所引起的液舱晃荡效应
也不同。船舶在冰区航行过程中，存在首部冲撞、纵摇破冰状态等工况，会增大液舱晃
荡给LNG船内部结构造成巨大危害。本文针对北极航线LNG船运营条件，采用
STAR-CCM+软件，实现对破冰工况下LNG船液舱晃荡的冲击载荷精确预报，揭示不同
冰况下船体运动与液舱晃荡冲击耦合的载荷动力特性，为极地LNG船的运营提供参考，
为我国参与北极地区的资源开发和利用提供技术支撑。
对破冰工况下典型液舱的晃荡载荷开展数值模拟研究，对晃荡过程和压力变化趋势
进行系统研究。给定运动的单个液舱晃荡开展数值研究，对晃荡中自由液面的瞬态变化
和关键点处的压强变化趋势进行系统研究，考查不同填充率、不同晃动幅值、不同晃动
频率等影响。
将LNG船液舱晃荡与破冰运动进行耦合，实现LNG船在破冰工况下液舱晃荡耦合
模拟计算。基于该数值模型，对不同破冰工况下晃荡效应进行对比研究，总结LNG船
破冰航行状态下液舱晃荡冲击载荷特性，包括：研究LNG船和平整冰、碎冰、冰脊、
冰山、冰槽碰撞运动，考虑碰撞过程与液舱晃荡的耦合效应，对比分析不同冰厚、不同
航速、不同载液率对于液舱晃荡冲击载荷特性的影响规律。通过以上研究对比分析，总
结出如何在不同冰区条件下，选择合适的方式来保证船舶的安全运营，减小破冰工况下
LNG船液舱晃荡冲击载荷，为实际的工程提供参考。
关键词：液舱晃荡；船冰耦合；冰载荷；离散元（-DEM）法
液舱晃荡与船冰碰撞耦合的数值模拟
Abstract
Afterthecollisionbetweentheice-breakingLNGshipsailinginthepolarregionandsea
ice,itwillnotonlyposeathreattothehullstructure,butalsocausesloshingimpactofliquid
cargointhecabin.Thesloshingeffectscausedbydifferenticeconditions,speedsandtank
shapesarealsodifferent.Duringthenavigationoftheshipintheicearea,thereareconditions
suchasthefirstcollisionandthepitchingice-breakingstate,whichwillincreasetheliquid
tanksloshingandcausegreatharmtotheinternalstructureoftheLNGship.Inthispaper,the
STAR-CCM+softwareisusedtoaccuratelypredicttheimpactloadofLNGshipstank
sloshingunderice-breakingconditionsaccordingtotheoperatingconditionsoftheArctic
routeLNGship.Thedynamiccharacteristicsofthecouplingofhullmotionandtanksloshing
impactunderdifferenticeconditionsarerevealed,whichprovidesareferenceforthe
operationofpolarLNGshipsandprovidestechnicalsupportforChinasparticipationinthe
developmentandutilizationofresourcesintheArcticregion.
Thenume