冰阻力是极地船舶在冰区受到的主要阻力,预报船舶的冰阻力在极地船舶设计初期确定主机功率时具有很重要的意义。本文的重点在建立非线性有限元模型,模拟船-冰的相互接触,研究破冰船“Icebreaker Research Vessel”在PC5冰级,层冰冰况“连续式”破冰时受到的破冰阻力。总冰阻力模型的一部分基于经验公式,因此是一种半数值-半经验的方法。在数值模拟中,破冰船设置为单自由度的刚体,层冰的厚度与材料属性假设为常数。为了确定冰材料的失效模式,分别建立了圆柱结构、圆台结构与层冰的接触模型,两者与层冰的接触效果表明:较为垂直的结构与层冰接触时,层冰以挤压破坏为主,可以使用塑性应变作为层冰材料的失效模式;倾角较小的结构与层冰接触时,层冰以弯曲断裂破坏为主,失效模式不适合继续使用塑性应变,本文采用最大正应力准则。为了研究船-冰接触时静水力支撑的作用,分别建立了两个模型:以非线性弹簧单元考虑静水力支撑和忽略静水力支撑,计算分析表明:静水力支撑使得船舶对层冰的作用主要集中在船体附近,对层冰的破坏过程有着十分重要的影响,在船-冰持续接触中是不可以忽略的。模拟的破冰阻力时历曲线震荡较为剧烈,数值随计算时间的增加逐渐增大,当船首进入冰层后趋于稳定。以破冰阻力曲线对时间的均值表征破冰阻力,其结果与船舶航速、层冰厚度、层冰弯曲断裂应力呈正相关。归纳整理预报船舶冰阻力的经验方法,将非线性有限元法计算的破冰阻力与Lindqvist算法和Jeong公式的结果进行对比,其量级相同,数值大小接近。将半数值法计算的总冰阻力与Riska算法、Lindqvist算法、Jeong公式的结果进行对比,半数值法与Lindqvist算法相对误差最小,在20%以内,与Riska算法和Jeong公式的相对误差稍大。利用相当平板理论计算出船舶的静水阻力后,发现在总阻力中静水阻力占比很小,不足2%;破冰阻力占比较大,约43-49%。