随着全球气候变暖,北极地区冰原面积逐渐减小,北极航道已经开始投入使用,适用于极地航行各类船型的开发设计工作得到越来越多的重视。通常商用极地航行船舶具有一定的自破冰能力,可满足在通航季节的破冰需求。另外,该类船型大部分时间是在敞水中航行,因此要兼顾其在敞水中的性能。极地航行船舶的艏部形状对于破冰能力和敞水性能均有较大的影响,因此在极地船型的开发过程中需要综合考虑各种影响因素,对船体艏部构型方法进行深入的研究。本文基于船冰相互作用的动力分析方法和船体阻力预报的计算流体力学方法,提出了一种基于破冰能力极地航行船舶艏部构型方法。本文的主要工作有以下几点:1.采用正交设计法,通过改变首柱倾角、外倾角和水线进角三个船型参数,得到某极地航行船舶的9种艏部构型方案,研究了评价不同船型参数对计算结果影响程度的方差分析方法。2.基于有限元动力学分析方法,给出了船冰接触—碰撞的数值计算方法;采用任意拉格朗日欧拉(ALE)方法描述流体域、拉格朗日方法描述冰排,实现了海水与海冰的耦合作用,最终形成了船体-海冰-海水的耦合分析方法。3.针对不同艏部构型方案进行了破冰过程的仿真计算,分析了冰层破损、船冰碰撞力和碰撞过程中各种能量的变化等相关数据,采用方差分析法讨论了不同船型参数对破冰效能的敏感度。4.采用Fluent软件分析了不同艏部方案下的船体敞水性能,综合考虑极地航行船舶破冰能力和敞水性能,通过对比分析,得到目标船首部构型优化方案。