基于改進(jìn)離散元方法的渤海海冰數(shù)值模擬.pdf

1、海冰是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)海冰給冰區(qū)的航運(yùn)和資源開發(fā)帶來了一系列的工程問題。針對(duì)這些問題，人們對(duì)不同尺度下海冰的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了大量的研究和數(shù)值模擬。其中，針對(duì)不同尺度的海冰選取有效的計(jì)算方法，建立準(zhǔn)確表征冰間相互作用的本構(gòu)關(guān)系是海冰動(dòng)力學(xué)研究中的主要問題。 在海冰動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究中，將海冰視為連續(xù)介質(zhì)分別建立了有限差分法、光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)法、質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法及基于非連續(xù)介質(zhì)的離散元方法；針對(duì)不同尺度的海冰動(dòng)力學(xué)特征建

2、立了一系列海冰動(dòng)力學(xué)本構(gòu)模型，主要是彈塑性，粘塑性以及在離散元方法中應(yīng)用的粘彈.塑性模型。其中，離散元方法由于將海冰離散成多個(gè)質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算方法有異于建立在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)上的其它方法，同時(shí)在本構(gòu)模型方面也不同于傳統(tǒng)的本構(gòu)模型。 在自然條件下，海冰在大中尺度下表現(xiàn)出流變特性的同時(shí)，在風(fēng)、浪、流等海洋條件作用下還不斷地?cái)嗔选⒅丿B和堆積，在小尺度下又顯示出很強(qiáng)的不連續(xù)特性。離散元方法針對(duì)這種現(xiàn)象，有非常明確的物理意義，得到越來越廣泛的應(yīng)

3、用。在以往的離散元海冰數(shù)值模擬中，通常把海冰離散成恒定尺寸和厚度的剛性顆粒，在中小尺寸的區(qū)域里，海冰重疊和堆積的情況不能被準(zhǔn)確的描述。因此，在本文中采用了一種改進(jìn)的離散元方法，利用粘彈-塑性本構(gòu)模型模擬顆粒之間的接觸內(nèi)力，以及模擬顆粒之間發(fā)生的彈性及塑性變形，進(jìn)而通過改變顆粒的厚度來模擬海冰的堆積情況。同時(shí)，對(duì)影響海冰生消的熱力要素進(jìn)行了簡要的分析，并將其引入到離散元海冰動(dòng)力模式中本文利用這種離散元方法，對(duì)規(guī)則矩形區(qū)域內(nèi)海冰的堆積情況進(jìn)