北极航道的开通和利用对于我国来说具有重要的战略意义,一方面能够为我国的资源供给提供保障,另一方面能够提高货物在海上运输的经济性。而近年来随着全球气温升高,海冰融化速度加快,极地船舶在极区航行时不可避免地会与破碎的浮冰发生相互作用。流体在冰与结构碰撞时所起的作用及效果是十分显著的,本文使用LS-DYNA软件以数值试验的方式对冰与结构物碰撞场景进行模拟,旨在揭示结构-冰-流体中相互作用的机制。本文的主要研究工作如下:1.阐述了船-冰碰撞问题的研究背景及意义,对现阶段国内外的研究成果进行了归纳总结。2.介绍了非线性动力学软件LS-DYNA的基本原理,对模拟碰撞问题时所采用的非线性显示有限元算法、ALE流固耦合方法以及接触碰撞算法的原理进行了说明。3.将本文所选用的冰材料模型的压强-碰撞面积曲线与国际船级社协会提出的规范曲线进行对比,验证了冰材料的合理性。分别利用理论计算和数值计算得到刚体在水下运动时的流体的附加质量,验证了数值结果的可靠性。对数值试验模型的单元网格进行收敛性分析,确定了模型中的冰单元网格尺寸和流体单元网格尺寸。4.对于冰与平板结构的碰撞进行了数值试验研究,分别模拟了刚性冰、弹性冰及弹塑性冰与刚性平板及弹性平板在空气中、水面上以及水下的碰撞过程。通过对冰结构碰撞过程中的动量和冲量关系进行对比分析,得到了流体在冰与平板碰撞时的作用效果。数值结果表明,水动力效应和冰的运动模态有关。海冰和结构碰撞过程中,水动力对海冰的刚体运动模态影响可以忽略,但是对于海冰的弹性运动模态影响很大,不可忽略,这个结论对于海冰-结构碰撞的建模具有重要的参考意义。5以上正面碰撞扩展到有角度的碰撞。在每种碰撞条件下均进行了多次数值模拟,探究了碰撞速度及碰撞角度在结构-冰-流体相互作用过程中的影响。研究表明,有角度碰撞并未改变正面碰撞的定性结论,只是在数值上有所变化。综上,冰块-结构碰撞过程中,水动力对海冰的弹性模态有显著影响。