随着极地冰川的融化和科技水平的提高,人类进行极地探索和极地开发更加深入,极地航行船舶在这一过程中扮演着极其重要的角色。不同于在静水中航行,船舶在冰区航行时会遭遇恶劣的工况,除了破冰过程中船舶受到的冰阻力十分复杂外,在航行经过极地冰缘区时,还要考虑波浪对海冰和船舶的影响。为了保证船舶航行经过极地冰区的安全性和操纵性,船舶航行经过冰区时的阻力性能非常值得研究。本文采用数值模拟的方法,对冰区航行船舶的冰阻力进行了研究。首先将基于网格的传统计算流体力学方法(CFD)和基于粒子的离散元方法(DEM)进行耦合,并将该模型计算得到的冰阻力与船模试验冰阻力进行对比,验证本文数值模型的准确性。然后对船舶航行于碎冰区进行了数值模拟,分别对开阔航道和碎冰航道下的碎冰阻力特点进行了分析,并通过改变碎冰尺寸和碎冰密集度等参数进一步对船舶冰阻力进行研究。接着在初始耦合模型的基础上加入波浪的作用,探讨碎冰与波浪联合作用下的冰阻力性能,并改变波长和波高等波浪参数,分析冰阻力的变化趋势。最后创新性地在离散元颗粒之间添加粘结键和破裂准则,生成层冰模型,通过模拟船舶在层冰中的航行过程,观察冰层破坏模式及裂纹扩展状况,在此基础上分析船舶冰阻力的变化特点,并通过改变船舶航速和冰层厚度来探索这两者对破冰过程及冰阻力的影响。通过本文的研究,希望能对航线的选择及冰区航行船的设计提供一定借鉴意义。