極地船型結構規(guī)范設計研究

王燕舞，徐義剛，吳 俊，曾 佳，宋 揚

(中國船舶與海洋工程設計研究院，上海 200011)

0 引 言

由于受到俄羅斯北極地區(qū)油氣資源開采步伐的加快，以及氣候變化導致“北方航線”（Northern Sea route，NSR）通航可能性的增加等諸多利好因素影響，近年來，相關極地航行船舶包括高等級破冰船、破冰運輸船等船型的研發(fā)、設計與建造正方興未艾，相應地平臺供應/守護船、極地科考船等特殊船型的需求也在持續(xù)增加。

與常規(guī)敞水航行船舶相比，極地航行船舶在總縱強度評估、外板及其附連內部構件設計、結構節(jié)點設計等有其特殊之處。目前國內對此方面的研究尚處于起步階段，值得進一步研究探討。

部分船級社冰區(qū)規(guī)范，除普遍引用芬蘭-瑞典冰級規(guī)則（Finnish Swedish Ice Class Rules）外，由于歷史沿革，還存有獨立發(fā)展、自成體系的冰區(qū)/極地船舶結構規(guī)范。如美國船級社（American Bureau of Shipping，ABS），原挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV），英國勞氏船級社（Lloyd’s Register，LR），俄羅斯船級社（Russian Maritime Register of Shipping，RMRS）等。

而對于極地航行船舶的結構加強，IACS 已形成有效決議，即UR I1～I3，合同建造日期在2008 年3 月及其后的船舶均需予以遵循。為方便船東起見，IACS POLAR CLASS 采用WMO 解釋，對各冰級（PC1～PC7）對應的海冰形態(tài)作直觀描述。其與各冰級對應的冰載荷確定、冰帶加強區(qū)域、具體加強要求等已自成體系、較為完備。目前，各主要船級社規(guī)范基本上予以完全引用，在部分船級符號形式（如破冰船）、個別具體條文上略有補充/區(qū)別。

除RMRS 規(guī)范兩者并行外，其余大部分船級社已將IACS PC 規(guī)范整合作為自身規(guī)范的一部分，并取代原有的極地冰級符號。如ABS，DNV-GL 等。

盡管如此，各船級社原有冰級規(guī)范體系完備、各具特色，從規(guī)范發(fā)展沿革與結構設計優(yōu)化的角度出發(fā)，還是具備較大的研究價值，值得進行充分探討。因此，有必要比較不同規(guī)范環(huán)境下典型構件尺度的差異，以確定構件主要影響參數(shù)及敏感性。同時也可對船東在根據船舶服務航區(qū)選擇適宜的冰級時，提供結構方面的參考。

根據上述背景，本文首先對上述幾類極地冰區(qū)結構加強規(guī)范的載荷定義、結構加強原則等作扼要介紹與評述。以中國船舶與海洋工程設計研究院（Marine Design & Research Institute of China，MARIC）研發(fā)的某型PC3 冰級、排水量萬噸級極地科考船（以下簡稱“目標船型”）為主要算例，結合國內外類似極地船型相關數(shù)據，通過比較分析，就極地船型結構設計基礎性問題，如總縱強度評估、功率估算、低溫環(huán)境結構選材設計等展開討論，闡明極地船型結構規(guī)范設計要點，重點評估冰級（破冰厚度）、主要船型參數(shù)（排水量、船寬、肋距等）、腐蝕/磨蝕余量等因素對外板尺度的影響，供實船優(yōu)化設計參考。

1 各冰級規(guī)范載荷定義簡介

冰載荷的簡化定義是結構加強范圍確定、構件尺寸計算的先決性條件。目前各主要極地冰區(qū)規(guī)范的設計冰載荷大致為基于彈塑性理論，結合各類模型試驗與實船檢測數(shù)據，經過統(tǒng)計分析得出的半經驗公式，在具體載荷類型、計算原理、載荷大小、載荷影響參數(shù)、施加范圍等方面各有不同。

1.1 IACS 極地船級（Polar Class）

IACS URI2 將船體在縱向上劃分為兩大部分：首部區(qū)與非首部區(qū)（含首部過渡區(qū)、船中區(qū)、尾部區(qū)，而各區(qū)在垂向上進一步細分為冰帶區(qū)、下部區(qū)、底部區(qū)）。如圖1 所示。

其設計冰載由一假想的矩形設計冰載荷板（b×w）上的均布壓力Pavg表示。其中，非首部區(qū)設計載荷板長寬比（w/b）設定為3.6，通過計算各分區(qū)集中力FNonBow、線載荷QNonBow，以決定載荷板參數(shù)。艏部區(qū)則應按水線長度進一步劃分為4 個子區(qū)，通過分別計算各子區(qū)中心處集中力F、線載荷Q、面壓力P 及受載板長寬比AR，以確定設計載荷板參數(shù)b，w，Pavg。

該規(guī)范重視船首受浮冰擦碰的作用影響，將其作為主要結構設計工況。在計及船長、排水量、船體外形（水線角、縱剖面角、肋骨角、肋骨垂向角等）等影響的同時，引入反映浮冰擦碰特性的船級因子進行計算。

圖 1 極地船級船體區(qū)域劃分示意圖[1]Fig. 1 Hull area extents for POLAR CLASS ships[1]

而該船級因子為與各冰級（PC1～PC7）相對的常數(shù)，包含壓潰失效（CFC）、撓曲失效（CFF）、載荷板尺寸（CFD）、排水量（CFDIS）、總縱強度因子（CFL）等多個分項。

除局部強度外，對總縱強度的考慮則通過計算首部垂向設計冰作用力確定垂向設計冰作用彎矩和剪力。該作用力同樣與船首型式、船級因子等有關。

1.2 ABS 原破冰船規(guī)范

ABS 根據船舶類型（破冰船、非破冰船），所服務航區(qū)的冰情、進入時限的不同，是否需高于自身等級的破冰船輔助作業(yè)等，將船舶冰級劃分為Ice Class A1～A5，A0～D0等9 個等級，其中Ice Class A2～A5專用于極地水域、多年冰破冰船[2]。

將設計冰載荷簡化為面壓力P，與IACS URI2 類似，同樣按作用區(qū)域劃分為船首區(qū)和其余冰帶區(qū)，具體劃分及位置參數(shù)略。

首部區(qū)載荷與其冰級、首部外形（水線角、縱剖面角等）、排水量、推進功率、海冰參數(shù)等相關。其余冰帶區(qū)載荷則在此首部載荷基礎上根據其位置、冰級的不同，乘以相應的折減系數(shù)。

1.3 原DNV Polar&Ice 船級

DNV 針對極地水域航行及執(zhí)行破冰服務船舶同樣有其完備的高等級冰區(qū)加強規(guī)范。該規(guī)范通過名義海冰強度σice、名義層冰厚度hice雙參數(shù)定義冰級，而對專用破冰船還進一步設定了其最小設計沖撞破冰速度。其中Ice 船級適用于含冰脊冬季當年冰，Polar船級對應于含冰脊及多年冰夾雜的冬季冰[3]。

相比而言，DNV Polar 與Ice 系列船級更關注目標航區(qū)海冰的理化性能，將其視為冰級定義的依據，并作為載荷計算、結構尺寸計算的直接輸入參數(shù)。

重點考察破冰任務實際工作狀態(tài)，在劃分冰帶載荷作用區(qū)域的同時，按其作用類型不同，將載荷劃分為首部沖擊垂向載荷PZR及其產生的垂向加速度av、首部區(qū)斜向撞擊力POI、船首沖灘力PZB、船中區(qū)擠壓線性載荷q、局部冰壓Po等。

而實際計算載荷相關系數(shù)又與各自的冰級、撞擊破冰動能、水線角、縱剖面角、肋骨角、水線面面積、型寬、船長、排水量、海冰強度等因素相關。

1.4 RMRS Ice&Arc，Icebreaker 船級

RMRS 規(guī)范對各冰級船型在有無破冰船輔助情況下，具體可進入海域、通航季節(jié)做出了詳盡規(guī)定。針對各船型線型參數(shù)，特別是對破冰船而言，就首柱角、肋骨角范圍等，按冰級、船體縱向位置不同，提出了較為具體的規(guī)定，并在設計冰載荷的計算上予以體現(xiàn)[4]。

其船體區(qū)域劃分思路、設計冰載荷形式與IACS PC 相近，但具體區(qū)域劃分定位點與線型特征結合更為緊密。而垂向范圍更進一步細分為：冰帶區(qū)I、過渡區(qū)II、舭部區(qū)III、平底區(qū)IV。各縱向區(qū)域冰帶區(qū)載荷大致與排水量因子（）成正比，但計算式側重點各不相同，其中首部/首部過渡區(qū)域均布載荷計算引入船型因子υm（由計算位置處水線角α 及肋骨角β 確定）。

上述規(guī)范在冰級定義形式與具體參數(shù)、冰載荷計算原理與簡化處理方式、冰帶范圍劃分等方面都存在著一定的差異，各具特色。

其中，IACS PC 船級重視船首受浮冰擦碰作用影響，引入船級因子概念，各子區(qū)帶劃分較為嚴密。將冰載荷簡化為矩形設計載荷板上的均布力，載荷參數(shù)較為簡化（b，w，Pavg）。但由于這些參數(shù)設定為船級因子與船體外形的函數(shù)，其實際計算過程，尤其是首部各子區(qū)的計算較為繁雜；ABS 相對而言略為簡化，冰載荷直接簡化為均布力；將首部區(qū)載荷作為基準載，其余各區(qū)載荷在此基礎上一定折減；DNV 將載荷形式與實際破冰工況相結合，物理意義明晰，理解與使用上較為直觀。而RMRS 則對各冰級可進入海區(qū)/季節(jié)作了詳盡規(guī)定，明確限制各船體區(qū)域線型角度范圍，更便于船東冰級選擇及設計參數(shù)選取。

2 極地船型結構設計基礎性問題討論

本節(jié)以MARIC 研發(fā)的某型PC3 冰級、萬噸級排水量極地科考破冰船（以下簡稱“目標船”）為例，重點對極地船型結構設計的基礎性問題，即總縱強度評估、功率需求、低溫環(huán)境下構件材料選型原則等方面展開討論，總結相應的結構設計關注點。

2.1 總縱強度計算考慮

與常規(guī)敞水航行船舶相比，極地船型總縱強度評估特殊之處源于兩個方面，即船型主尺度與破冰工況的特殊性。前者可能要求波浪載荷采用直接計算方法，與常規(guī)按規(guī)范計算值有所區(qū)別，這在科考船/破冰船等船型設計中尤為明顯；后者需核算垂向設計冰作用彎矩/剪力數(shù)值對總縱強度影響。

2.1.1 特殊船型對波浪載荷計算的影響

綜合性科考船因其科考任務剖面復雜，要求較大的甲板作業(yè)面積及相應的實驗室/住艙面積，長寬比（L/B）一般較小。同時，破冰船的冰區(qū)回轉性能指標對長寬比也有類似限制。因此，具備一定破冰能力的極地科考船L/B 大致在4～5 之間，已超出波浪載荷規(guī)范計算公式的適用范圍。表1 為部分國內外極地科考船統(tǒng)計數(shù)據。

表 1 部分國內外極地科考破冰船L/B 參數(shù)對比Tab. 1 L/B comparison list of several polar research vessels

因此，此類船型的波浪載荷一般應由直接計算確定。其大致分析流程為：首先建立船體的三維濕表面模型和質量模型，按照三維繞輻射勢流理論，計算作用在船體上的流體動力，獲得波浪誘導的船體剖面剪力和彎矩載荷響應的傳遞函數(shù)。進而，對船體波浪剪力和彎矩載荷進行預報。而長期海況，對于無限航區(qū)船舶，一般取為北大西洋波浪散布圖，概率水平取為10–8。

2.1.2 冰區(qū)作業(yè)工況下的總縱強度影響評估

基于其破冰工作原理及首部特殊線型設計，破冰船實際破冰進程中船首區(qū)域將部分出水，進至冰面之上，利用重力壓潰冰層。設計過程中，除應考慮該狀態(tài)下船體騎冰狀態(tài)穩(wěn)性外，船體結構的安全性同樣應重點關注。

一方面，應通過加厚首柱板、密集設置內部支撐構件等手段保證船體撞擊/上灘區(qū)域的局部強度安全；另一方面，該工況實際在船體首部施加了一垂向首部上灘力（Beaching force），對總縱強度的影響亦不可忽略。

冰區(qū)作業(yè)工況下總縱強度校核，應以垂向設計冰致彎矩/剪力替代波浪彎矩/剪力，與靜水載荷疊加/組合，與船長范圍內相應位置的許用彎矩/剪力作比較。

垂向設計冰致彎矩/剪力數(shù)值大小與冰級、首部線型特征等密切相關。圖2（a）為基于目標船型，DNV Polar10（上灘、沖撞工況）、IACS PC2/PC3、中垂工況波浪彎矩沿船長方向分布情況對比，圖2（b）為剪力分布情況對比。

圖 2 各規(guī)范環(huán)境垂向設計冰載荷與波浪載荷對比Fig. 2 The contrast of design vertical ice bending moment and design vertical ice shear force for various class requirements

就目標船冰級（PC3）、船型尺度而言，垂向冰致彎距量級與波浪彎距基本相當，但沿船長分布情況應適度留意；加之目標船在0.7 L 左右（首部過渡區(qū)）設有一大開口貨艙，因此，實際設計過程中，該處首樓甲板開口區(qū)域構件需進行適度補強。

而對PC2 級及以上重型破冰船而言，冰致彎距/剪力遠超波浪彎距/剪力，已成為最上層連續(xù)甲板、內殼縱艙壁頂板等縱向強力構件的主要控制因素之一。

2.2 破冰功率影響因素討論

破冰功率需求是極地船型載荷計算與結構規(guī)范設計的關鍵性影響因素，其中ABS 極地破冰船規(guī)范更是通過破冰功率及肋距2 個變量直接決定船中區(qū)外板計算厚度。

以LR，ABS，DNV 相關規(guī)范環(huán)境為例，各規(guī)范要求破冰功率的計算方法、參數(shù)等不盡相同，但總體而言，在破冰等級相近的情況下，各公式計算得出的數(shù)值基本一致。其中，LR 原AC 船級適用于擬在北極或南極冰區(qū)中相當于具有1.0～3.0 m 厚度的未破冰層中航行的船舶。

通過實例對比計算可知，冰級（冰層厚度）與船寬是破冰功率計算的主要影響因素，相比較而言，船長、吃水、排水量等因素的權重較輕。

圖3 和圖4 分別列出了上述規(guī)范環(huán)境下，基于所討論船型，破冰功率隨冰級（層冰厚度）、船寬的變化趨勢。其中，DNV Ice&Polar，ABS A2～A5船級功率需求隨船寬變化趨勢相對較緩，為船型設計帶來相對較大的靈活性。

圖 3 破冰功率隨冰級（冰厚）變化趨勢Fig. 3 Trend line of engine output with ice class

圖 4 破冰功率隨船寬變化趨勢Fig. 4 Trend line of engine output with breadth

2.3 低氣溫環(huán)境下結構選材設計

低氣溫是極地環(huán)境重要特征，極地船型結構選材設計應對此予以充分考慮。所應遵循的相關規(guī)范條文大致如下：

1）各船級社入級規(guī)范原有針對暴露于低氣溫下的船體結構用鋼的要求，大致出于IACS URS6（Use of steel grades for various hull members）相關條文，如CCS《鋼規(guī)》第2 篇1.3.4 節(jié)低溫下材料要求等。

2）Polar Code 含針對冰區(qū)加強原則性意見，無明確的對應溫度設計要求。但極地航行船舶需滿足IACS URI 相關規(guī)定。

3）全球范圍內極地/寒區(qū)營運船舶的需求呈明顯增加趨勢，各主要船級社也相繼推出了低氣溫環(huán)境下的附加標志，其中結構部分設立船體獨立/附加標志，規(guī)定了對應溫度定義下的不同類型構件的選材要求，如LR Winterization H（T）、CCS 船體防寒標志H（DST）等。

此外，設計中還應計及船東額外要求以及預計營運/通行海域的某些特殊要求，如美國海岸警備隊相關要求等。

各類規(guī)范之間互為補充，相互涵蓋，但在設計溫度定義（見圖5）、樣本觀測周期、適用范圍、具體鋼級選定等方面，各規(guī)范條文范圍有所區(qū)別，又有所重疊。因此，有必要深入剖析其內在涵義，分析異同，以建立安全可行的選材設計實施方案。在實際選材過程中，應綜合考慮構件類型、板材厚度、設計服務溫度等確定構件材質，如圖6 所示。

表2 為CCS，LR 防寒附加標志及Polar Code（IACS UR I）材料相關規(guī)范條文對比。以材料等級III 為例，在各規(guī)范體系要求設計溫度定義下，其具體鋼級選取要求對比如表3 所示。

圖 5 溫度定義示意[5]Fig. 5 The definition graphic of air temperature[5]

圖 6 低氣溫環(huán)境規(guī)范要求與選材設計示意Fig. 6 Cold requirements and material selection diagram under low temperature environment

表 2 極地船冰區(qū)和防寒特殊要求整理對比表Tab. 2 Comparison list of various class requirements for ice and cold operations

可知，船體防寒附加標志系單獨針對船體結構，不涉及設備等因素。因所針對溫度定義不同，同一設計在不同規(guī)范環(huán)境下取得的船體附加標志的溫度數(shù)值是不同的，如CCS H（–33 ℃）與LR Winterisation（–40 ℃）材料要求是基本一致的。

除極個別板厚范圍需升檔外，PC1～PC3 級材料要求與CCS 防寒附加標志設計溫度–39°C～–48°C 材料要求是基本相適應的。因此，在基本不額外增加鋼材成本的情況下，PC1～PC3 級船型可進一步申請對應寒區(qū)附加標志，如CCS H（–48 ℃），LR Winterisation H（–55 ℃）等。

3 冰區(qū)加強構件尺度影響因素分析

由于在冰級定義、冰載荷簡化、冰區(qū)加強范圍劃分等方面的差異，各規(guī)范環(huán)境下結構設計的具體影響因素及權重也有所差異。有必要通過實例計算進行比較分析，以定性確定其主要影響因素，為優(yōu)化設計提供依據。

以目標船型主尺度、關鍵性能/船型參數(shù)為參考，適當變換目標參數(shù)，如破冰厚度、肋距、船寬等，考察各規(guī)范環(huán)境下其相應影響程度。有關船型參數(shù)見表4。

3.1 冰級影響

以船中區(qū)冰帶外板厚度計算為例，該處外板承受船中及壓力（線載荷），厚度由局部強度決定，基本上由肋距、載荷、腐蝕余量決定。

表 3 目標船型材料選擇適用規(guī)范條文對比表（以材料級別III 為例）Tab. 3 Comparison list of the applicable code for material selection（Material Class III）

表 4 目標船船型參數(shù)Tab. 4 Hull parameters of the object vessel

圖7 分別列出了前述船型尺度下，船級依次取為IACS PC1～PC7，ABS A2～A5，DNV ICE-05～ICE-15，Polar-10～Polar- 30 時，相應的船舯區(qū)外板計算厚度以及IACS PC 船艏區(qū)外板計算厚度對比。具體計算式及參數(shù)見文獻[1–3]。

可知，冰級是船體冰區(qū)加強要求制訂與實施的先決性條件，直接決定了載荷的范圍，進而對船舶結構型式、結構尺寸、功率需求等產生決定性影響。隨著破冰等級的升高，相應的功率需求、構件尺寸也隨之呈指數(shù)性增長趨勢。

圖 7 各船級冰區(qū)外板厚度對比Fig. 7 Shell plate thickness in midship for various class requirements

3.2 肋距（骨材間距）影響

而關于肋距（骨材間距）的影響，無疑，隨著肋距的增大，在同等冰載荷作用下，相應板厚需求也將大幅升高。

圖 8 各船級船中區(qū)外板厚度隨肋距變化趨勢Fig. 8 Midship shell thickness versus frame spacing

圖 9 各船級船首外板厚度隨肋距變化趨勢[6]Fig. 9 Bow shell thickness versus frame spacing[6]

圖8 和圖9 顯示了在肋距自0.25 m 逐步增大，ABS A2&A3 船級、DNV Polar-10 船級、IACS PC2～PC4 船級船中冰帶處外板厚度變化趨勢。

與ABS A2～A5 及DNV Polar 船級的近似指數(shù)型增加趨勢相比，IACS PC 船級所要求的船中區(qū)冰帶外板厚度對肋距變化的敏感度較低。這就為船體結構設計中肋距的選擇與調整提供了相對更大的空間。

與John A. Springer III 等得出的IACS PC5 級5000 噸級平臺供應船船首板厚[6]與肋距關系曲線（見圖9）相比，其趨勢、結論是基本一致的。

3.3 排水量因素影響

基于前述算例，取肋距0.4 m，近似等效冰級IACS PC3 船中區(qū)與首部區(qū)，ABS A2船中區(qū)外板板厚隨排水量增加變化趨勢如圖10 所示。

圖 10 各船級外板厚度隨排水量增加變化趨勢Fig. 10 Shell thickness versus displacement

可知，基于IACS PC 和ABS 相關規(guī)范，排水量因素對構件尺度的影響雖相對較小，但亦不可忽略。與船中區(qū)域外板相比，排水量增大對首部區(qū)外板板厚影響相對較為明顯。

而DNV 冰區(qū)規(guī)范冰載荷與構件尺度不涉及排水量大小的影響，這是其與IACS PC 和ABS 規(guī)范之間的較大差異。

3.4 外板磨蝕/腐蝕裕量影響

此外，由于船舶冰區(qū)航行作業(yè)時，冰帶外板腐蝕/磨蝕裕量的選取同樣對冰帶外板厚度產生較大影響。圖11 為波羅的海區(qū)域冰區(qū)船舶檢測相關照片[7]。

圖 11 受浮冰擠壓/擦碰作用船中區(qū)外板[7]Fig. 11 Bilge Shell plate under collision and friction[7]

充分考慮到浮冰擦碰引起的外板損傷，IACS URI2與ABS 規(guī)范對冰區(qū)船舶的外板腐蝕/磨蝕裕量都做出了具體規(guī)定，該裕量數(shù)值大小與船舶冰級、位置、腐蝕防護程度等有關，其數(shù)值大小也遠大于非冰區(qū)船舶腐蝕裕量。如IACS PC1～PC3 級首部外板在未采取有效保護措施的情況下，腐蝕/磨蝕裕量取為7 smm；ABS A3～A5級冰帶處外板不論有無有效防護措施，均取6 mm 裕量。具體參見相關規(guī)范條文。而DNV 相關規(guī)范則略有不同，其并未對冰區(qū)船舶外板腐蝕作特殊規(guī)定，而是在外板計算公式中適當予以考慮，以體現(xiàn)冰帶外板惡劣環(huán)境特點。

3.5 骨材設計影響因素

基于目標船型，文獻[8]通過實際算例對比分析，重點討論了冰級、首部形狀、骨架型式和骨架參數(shù)等對冰帶區(qū)域骨架設計的影響。在此基礎上，展開船中區(qū)冰帶骨架系統(tǒng)進行多方案對比研究，并得出：橫骨架式布置在冰帶結構重量控制方面有其優(yōu)勢的結論。

3.6 強構件尺寸的確定

關于船體冰區(qū)加強結構校核及承載能力分析，已有較多國內外學者展開了研究。Kwon 等[9]基于彈性理論研究在冰船冰相互作用工況下LNG 船的結構強度；WANG 等[10]基于FSICR 研究了冰載荷作用下冰帶舷側結構的強度和剛度，重點研究舷側外板和肋骨的塑性變形以及舷側縱桁的屈曲強度；Dolny 等[11]分析了不同骨架型式船舶在冰壓下的結構強度；ABS 冰級指南根據FSICR，對大型縱骨架式船舶在冰載荷作用下的結構響應進行了研究[12]；齊奎利等[13]對某艘北極油輪縱骨架式外板與舷側縱骨的極限強度進行了研究。

在極地船型實際設計過程中，依據規(guī)范要求，極地船型強肋骨、冰帶縱桁等強構件尺寸應基于有限元計算確定。所施加載荷為規(guī)范荷載（虛擬冰載荷板），施加位置為剪切和彎曲組合效應下結構承載能力最薄弱的位置處，如圖12 所示。

4 結 語

本文在對幾類極地船冰區(qū)結構加強規(guī)范的載荷定義、結構加強原則等進行了扼要述評之后，基于MARIC研發(fā)的某型PC3 冰級、排水量萬噸級極地科考船，通過實船算例對比分析，對總縱強度評估、功率估算、低溫環(huán)境結構選材等設計基礎問題進行討論，重點評估了冰級、主要船型參數(shù)（排水量、船寬、肋距等）、腐蝕/磨蝕余量等因素對外板尺度的影響。并得出如下相關結論：

圖 12 某PC3 級極地科考船冰帶局部強度計算模型與加載、變形示意Fig. 12 The FEM model and local deformation under design ice loads of a PC 3 research vessel

1）極地船型總縱強度評估應注意冰致彎距影響。就目標船冰級（PC3）、尺度而言，垂向冰致彎距/建立量級與波浪彎距基本相當，但沿船長分布情況應適度留意。對PC2 級及以上重型破冰船而言，冰致彎距/剪力系最上層連續(xù)甲板、內殼縱艙壁頂板等縱向強力構件的主要控制因素。

2）低氣溫環(huán)境選材設計應特別關注不同船級符號體系下溫度定義的區(qū)別，在鋼料成本基本不變的前提下，PC 船型可考慮進一步申請對應寒區(qū)附加標志。

3）冰級與船寬是影響破冰功率需求的關鍵參數(shù)。冰級與肋距（骨材間距）是影響外板板厚的主要因素，而排水量因子影響權重相對較?。籌ACS PC 規(guī)范計算構件尺度對肋距變化敏感度相對略低，允許的肋距選取樣本空間可適當放寬，對結構重量優(yōu)化設計較為有利。