Numerical simulation of the initial stage of the movement of ice-class vessels in the ice field

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This work presents the results of a numerical simulation of interaction between various bodies and an ice field. Prandtl–Reuss elastoplastic body model is employed with Mises–Schleicher yield condition, and material destruction is accounted for using maximum main stress and maximum plastic deformation criteria. Discontinuous Galerkin method is used to numerically solve the equations. High-energy impact on ice and slow indentation with a massive body are investigated. Based on the momentum change and the global load exerted on moving body the ice resistance force during ice-breaking process was estimated. Results were obtained for different speeds of stationary advancement through the ice field.

About the authors

I. B. Petrov

Moscow Institute of Physics and Technology

Author for correspondence.
Email: petrov@mipt.ru
Dolgoprudny, Moscow Region, Russia

A. S. Frolov

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: frolov.as@phystech.edu
Dolgoprudny, Moscow Region, Russia

V. A. Biryukov

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: vladimir.biryukov@phystech.edu
Dolgoprudny, Moscow Region, Russia

References

  1. Петров И. Проблемы моделирования природных и антропогенных процессов в Арктической зоне Российской Федерации // Матем. моделирование. 2018. Т. 30. № 7. С. 103–136.
  2. Лобанов В. Моделирование льда в задачах с конечноэлементной постановкой // Дифференциальные уравнения и процессы управления. 2008. № 4. С. 10–29.
  3. Schwarz J., Weeks W. Engineering properties of sea ice // Journal of Glaciology. 1977. V. 19. № 81. P. 499–531.
  4. Епифанов В., Лычев С. Периодичность механических свойств льда, возникающая при формировании ледяного поля в условиях стеснения // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2022. Т. 502. № 1. С. 24– 30.
  5. Li F., Huang L. A Review of Computational Simulation Methods for a Ship Advancing in Broken Ice // J. Mar. Sci. Eng. 2022. V. 10. № 2. 165. https://doi.org/10.3390/jmse10020165
  6. Millan J., Wang J. Ice force modeling for DP control systems // Proceedings of the Dynamic Positioning Conference, October 11–12, 2011.
  7. Huang L., Tuhkuri J., Igrec B. et al. Ship resistance when operating in f loating ice f loes: A combined CFD&DEM approach // Marine Structures. 2020. V. 74. 102817. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2020.102817
  8. Guseva E.K., Golubev V.I., Epifanov V.P., Petrov I.B. Application of Elastoplastic Model to the Simulation of the Low-Speed Impact on an Ice Plate // Mathematical Modeling and Supercomputer Technologies / Eds. D. Balandin, K. Barkalov, I. Meyerov. Cham: Springer, 2024. P. 15–27. https://doi.org/10.1007/978-3-031-52470-7_2
  9. Radovitzky R., Seagraves A., Tupek M., Noels L. A scalable 3D fracture and fragmentation algorithm based on a hybrid, discontinuous Galerkin, cohesive element method // Computer Methods in Applied Mechanics and ngineering. 2011. V. 200. № 1. P. 326–344. https://doi.org/10.1016/j.cma.2010.08.014
  10. Миряха В., Петров И. Моделирование разрывным методом Галёркина воздействия ледяного поля на вертикальную цилиндрическую опору // Матем. моделирование. 2018. Т. 30. № 9. С. 111–134.
  11. Иванов В., Кондауров В., Петров И., Холодов А. Расчет динамического деформирования и разрушения упругопластических тел сеточно-характеристическими методами // Матем. моделирование. 1990. Т. 2. № 11. с. 10–29.
  12. Кукуджанов В. Метод расщепления упругопластических уравнений // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2004. № 1. С. 98–108.
  13. Уилкинс М. Расчет упруго-пластических течений // Вычислительные методы в гидродинамике / Ред. Б. Олдер, С. Фернбах и М. Ротенберг; пер. с англ. В.П. Коробейникова, П.И. Чушкина; под. ред. С.С. Григоряна, Ю.Д. Шмыглевского. М.: Мир, 1967. С. 212–264.
  14. Wilcox L., Stadler G., Burstedde C., Ghattas O. A high-order discontinuous Galerkin method for wave propagation through coupled elastic-acoustic media // J. Comput. Phys. 2010. V. 229. P. 9373–9396. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2010.09.00815. Dumbser M., Kaeser M. An arbitrary high-order discontinuous
  15. Galerkin method for elastic waves on unstructured meshes – II. The three-dimensional isotropic case // Geophys. J. Intern. 2006. V. 167. № 1. P. 319–336. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03120.x

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).