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基于Voronoi切割算法的碎冰區(qū)構(gòu)造及離散元分析
關(guān)鍵詞：碎冰區(qū) voronoi切割算法 離散元方法 錐體海洋結(jié)構(gòu) 冰荷載
摘要：離散元方法廣泛應(yīng)用于海冰,特別是碎冰區(qū)的動(dòng)力過程及其對(duì)海洋結(jié)構(gòu)作用過程的數(shù)值模擬。為構(gòu)造碎冰區(qū)中的冰塊幾何特性,基于二維Voronoi圖方法對(duì)計(jì)算域進(jìn)行隨機(jī)切割以生成碎冰區(qū)中冰塊的幾何形態(tài),并采用球體單元對(duì)每個(gè)碎冰塊單元進(jìn)行填充,從而確定碎冰區(qū)的初始分布場(chǎng)。在采用Voronoi圖進(jìn)行碎冰區(qū)構(gòu)造時(shí),可對(duì)冰塊尺寸、幾何形態(tài)和密集度等海冰參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。為確定冰塊的不同幾何規(guī)則度,綜合采用排斥法和擾動(dòng)法以定量地控制碎冰塊幾何形態(tài)從完全隨機(jī)分布到規(guī)則分布的連續(xù)變換。為分析不同幾何規(guī)則度下碎冰塊的幾何特性概率分布規(guī)律,對(duì)計(jì)算域內(nèi)冰塊的面積和邊數(shù)等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而可更合理地參數(shù)化控制初始冰場(chǎng)中碎冰塊的幾何特性。在此基礎(chǔ)上,本文基于粘接-破碎的球體離散元方法對(duì)不同冰況下錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,討論分析了碎冰區(qū)的海冰密集度、冰塊面積和幾何規(guī)則度對(duì)冰載荷的影響。
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