海冰动力-热力过程的离散单元模型及应用研究

海冰的断裂、重叠和堆积等离散分布特性广泛地存在于极区和副极区的不同海域，并对海冰的生消、运移过程有着重要影响。针对海冰在不同尺度下的离散分布特点，发展海冰动力-热力过程的离散单元方法将有助于完善海冰数值模式，提高海冰数值模拟的计算精度。为此，本项目考虑海冰生消过程中的非连续分布和形变特性，发展适用于海冰动力-热力过程的离散单元模型；考虑温度、盐度对海冰冻结强度的影响，对海冰在风、流等驱动力下的断裂、重叠和堆积过程，以及在波浪、潮汐等波动力下的破碎、碰撞特性进行离散元数值分析；针对渤海海冰的演化特点和工程需求，发展离散元高性能并行算法，对海冰的全场分布特性和局域演化过程进行精确、高效的数值模拟，并通过海冰卫星遥感、现场监测和室内试验进行模型检验和参数确定。本项目将离散单元模型与海冰数值模式相结合，发展适用于海冰离散分布特性的力学模型和数值方法，为海冰动力-热力学研究提供有力的科学依据。

针对本申请项目的研究内容和研究目标，并依据原研究计划进行了以下如下几方面的研究，即海冰动力过程的改进离散单元模型及在渤海的应用、卤水体积和应力速率影响下海冰强度的统一表征、基于油气平台的海冰雷达监测图像处理及冰速测量、海冰热力动力过程的离散元分析、基于离散元-有限元模型的冰激锥体海洋平台结构振动分析、基于GPU离散元模型的海冰与自升式海洋平台结构相互作用研究、基于离散元方法的多桩腿结构总冰力的遮蔽效应、基于扩展多面体的离散单元法及其对圆桩冰荷载、海冰堆积过程的分析。以上研究为我国渤海海冰以及极区海冰的精细化数值模拟和预报提供有力的数值方法和计算模型。基于以上研究成果可进一步对不同类型海洋平台结构及船舶结构的抗冰性能进行计算分析，有助于寒区海洋工程和船运的发展。在以上研究中发表相关学术论文18篇，计算机软件著作权5项、申请发明专利4项。