[发明专利]一种冰脊龙骨非冻结模型及其制作方法

说明书

本发明提供了一种冰脊龙骨非冻结模型及其制作方法，所述冰脊龙骨非冻结模型包括采用聚丙烯或聚乙烯材料制备的若干不同形状的材料块、石蜡；所述不同形状的材料块用于模拟不同形状和大小的碎冰；所述石蜡用于将所述碎冰模随机粘连。本发明制作的冰脊龙骨非冻结模型，其力学性质能够满足规定缩尺比下的多种试验需求。

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程领域立体模型技术领域，具体涉及一种冰脊龙骨非冻结模型及其制作方法。

背景技术

随着船舶技术的发展，目前在北极海域的东北航道”和“西北航道”已经实现商业性通航，例如，北极东北航道又被称为“冰上丝绸之路”，这条航线比传统航线节约航程12天；但是北极海域的冰况也给极地船舶的航行带来了许多的挑战和困难，在北极区域，冰脊是一种常见的海冰，冰脊的形成过程是由于在风浪流的作用下冰层发生断裂，两个断裂冰层之间的相互作用后再冻结所形成。冰脊是船舶在极区航行的主要障碍，也是极地船舶航行所遇到的最困难情况之一。

如图1所示，冰脊主要包含帆高、固结层和龙骨三部分，周围是平整冰。对于海洋平台、极地船舶、桥梁等海洋结构物而言，对冰脊作用的载荷进行准确的预报是海洋结构物特别是极地船舶设计的重要基础。冰脊的龙骨部分由离散碎冰堆积冻结而成，内部充满碎冰块、空气、水及杂质，其力学性质较平整冰、碎冰、浮冰等冰体更加复杂，并且冰脊龙骨部分结构较大，冰脊龙骨部分模拟的好坏成为预测冰脊载荷的关键点，也是难点。

国际上一般使用低温模型试验的研究方法制备冰脊，将碎冰堆积在一起制成低温冻结模型冰脊，由于这种碎冰块堆积的冰脊制备技术难度很大，也很难控制其精度和达到所需要的参数，并且价格昂贵。与低温冻结模型冰相比，非冻结模型冰的突出优点是不需要低温环境，并且制备成本低，材料可重复使用和环保。因此，非冻结模型冰已在平整冰、碎冰等领域应用，但是在冰脊模型试验方面，尚未有比较完善的模拟方案。

公开文献1：分层流体中冰脊拖曳力的数值模拟研究中，采用了有机玻璃构成的直角三角形作为冰脊模型，用于模拟研究分层流体中冰脊拖曳力，但是这种简单的冰脊模型并不适用于其他模拟研究，例如在冰脊碰撞试验模拟的情况下。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明开发出一种冰脊龙骨非冻结模型及其制作方法，从而使其主要力学性质满足规定缩尺比下的多种冰脊试验需求。

第一方面，本发明提供了一种冰脊龙骨非冻结模型，包括采用聚丙烯或聚乙烯材料制备的若干不同形状的材料块、石蜡；所述不同形状的材料块用于模拟不同形状和大小的碎冰；所述石蜡用于将所述碎冰模随机粘连。

优选的，所述冰脊龙骨非冻结模型中各组成成分按照体积占比分别为，材料块：70％-80％、石蜡：20％～30％。

进一步的，极地冰脊龙骨部分常常会掺杂一些非冰物质，包括空气、水、雪、泥沙等，为了模拟这类冰脊，所述冰脊龙骨非冻结模型还包括杂质，所述杂质任选可包括一种或者更多种选自少量的粉末物、少量的水和少量的发泡剂；所述杂质用于模拟冰脊龙骨中的非冰成分。优选的，所述冰脊龙骨的非冻结模型中各组成成分按照体积占比分别为：材料块：70％-80％；石蜡：19％～29％；杂质：0.9％～1％。优选的，所述粉末物为水泥粉末或泥土粉末。

优选的，所述发泡剂为聚氨酯发泡剂。

第二方面，本发明提供了一种冰脊龙骨非冻结模型的制作方法，包括如下步骤：

步骤S1：根据具体模拟场景和缩放比例，准备不同大小和形状的冰脊龙骨模具；

步骤S2：将聚丙烯或聚乙烯材料板材切割成矩形、正方形、三角形或不规则形状形成不同形状的材料块，将不同形状的材料块随机堆放到冰脊龙骨模具中；这里的高分子材料满足熔点高于160度，在石蜡溶液中可以保持原状的要求；