北极地区蕴含丰富的自然资源,北极航道的航运利益引人注目,“冰上丝绸之路”发展前景广阔。北冰洋平均深度较深,加之海冰覆盖,油气田开采难度极大,且极区生态环境脆弱,对工程装备环保要求极高。冰载荷成为海洋结构设计需重点考虑的问题。冰区核电平台抗冰性能良好,可为极区开发工作提供充足、稳定、清洁、环保的电力,具有广阔的应用前景。冰区核电平台设计为核堆支撑平台与环境载荷承载平台分离的形式,能够显著提高平台的稳性和各项水动力性能。设计平台型线、总布置、系泊系统及三种不同功能的连接机构,以削弱外部平台运动对内部平台的冲击。通过风浪流、风冰流联合作用下平台的运动响应计算结果,分析其在极区海洋环境下的性能优势。主要工作归纳如下:(1)冰区核电平台设计。建立冰区核电平台与连接机构在复杂环境载荷作用下十二自由度运动方程。平台外形设计为具有较强抗冰性能与优异水动力性能的沙漏型结构。以环形分舱方法划分舱室,总布置采用模块化组装的方式。系泊系统由内部张力腿系泊和外部半张紧式四点系泊构成。(2)冰载荷作用研究。极值静冰力问题采用规范计算,动冰力问题应用数值模拟,以计算颗粒力学理论建立冰载荷数值模型,研究参数对规范冰力与数值模拟结果的影响。计算时程冰力,作为环境载荷承载平台的外力载荷输入数据,研究海冰对核电平台的动冰力作用。(3)连接机构设计研究。设计弹簧阻尼、摇摆解耦、机械分离三种连接机构方案,以分别实现减振、横摇纵摇解耦、垂荡横摇纵摇解耦的不同功能。通过连接机构与系泊系统的作用,巧妙地约束核堆支撑平台六自由度的运动,以削弱环境载荷承载平台运动对其的冲击,保障核反应堆安全稳定。(4)平台运动响应计算。利用刚体动力学理论建立平台与连接机构在环境载荷作用下的仿真模型。应用平均湿表面时域计算三种连接机构方案在单独浪、单独冰、风浪流、风冰流联合作用下平台的运动响应,并由所得结果判定设计方案的可行性与合理性,确定了冰区核电平台在极区海洋环境下的优异水动力性能。