随着全球经济的发展,世界各国对自然资源的需求正逐日递增。极地地区蕴藏着丰富的自然资源,是未来世界各国之间博弈的战略制高点。优越的船体性能是保障极地资源充分开发的前提。对于服役于冰区航行的船舶,冰荷载预测问题是船体结构设计和安全评定的关键基础问题。实际上,船与海冰的相互作用过程十分复杂,作用在船体上的冰荷载及海冰条件均具有很强的随机性。然而,现有经典的破冰船破冰荷载计算方法均为确定性分析,无法反映冰荷载的随机性。为了合理地评估破冰船在冰区航行时的破冰荷载,本文考虑了海冰厚度及破冰荷载的随机性,根据北极冰区海冰厚度的实测数据建立了厚度随空间变化的虚拟冰场,基于数值仿真模型获取了足够数量的冰荷载样本数据,并采用极值预测方法实现了对破冰船破冰荷载极值的预估。具体内容如下:首先,统计分析北极地区海冰厚度实测数据,利用非参数估计法确定海冰厚度的分布规律,确定其概率密度函数,并利用K-S检验法检验拟合优度;基于概率密度函数,使用蒙特卡洛模拟中的舍选抽样法生成足够数量的海冰厚度数据,建立虚拟冰场数据模型。其次,基于虚拟冰场数据模型,开展破冰船在虚拟冰场中航行过程的数值仿真;利用经典的理论计算方法对船与海冰相互作用的数值结果进行对比验证;考察不同网格划分精度对数值模拟结果的影响。基于破冰船在虚拟冰场中直行与回转状态下的数值模拟结果,研究破冰过程中船体整体和局部区域的冰荷载变化规律。最后,基于破冰船在虚拟冰场中航行过程的数值仿真,获取冰荷载时程曲线,采用峰值幅度法和渐进法对破冰船在虚拟冰场中直行和回转状态下的冰荷载极值进行预估,以及对比分析两种方法各自的影响因素及优缺点。