船舶沿岸航行时,易与岸滩碰撞导致搁浅事故。研究船舶搁浅过程,涉及波浪-船舶、波浪-岸滩、船舶-岸滩的相互作用,其中船舶与岸滩的接触作用是表征船舶搁浅动力学特性的关键。该文基于光滑粒子水动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法求解波浪运动、波浪-船舶与波浪-岸滩相互作用,基于离散单元法（discrete element method,DEM）求解船舶-岸滩相互作用,建立了可用于研究船舶搁浅问题的SPH-DEM耦合方法。针对斜度为1:10的典型缓坡岸滩与3种波浪周期,计算分析了船舶纵摇、纵荡、垂荡运动响应,以及船舶-岸滩接触力。研究结果表明：在较短波浪周期条件下,船舶保持搁浅状态,其运动响应受岸滩边界限制,幅值均较小;在较长波浪周期条件下,船舶会脱离岸滩自由漂浮,运动响应幅值显著增大。搁浅时,船舶所受岸滩接触力的垂直分量远大于水平分量;搁浅初期阶段,在3种波浪周期工况下,船舶所受岸滩接触力垂直分量均达到极值,最大值可达船舶自重的65.52%;稳定阶段,在2种短波浪周期工况下,岸滩接触力垂直分量分别可达自重的32.84%与41.89%,而长波浪周期工况因船舶脱离搁浅,该值降为0。

在极区海洋环境中航行的接驳小艇遭遇浮冰块时,可能发生船冰碰触甚至骑冰的现象。该种情况下船体的运动、船体与浮冰块的相互作用力是需要关注的问题。此问题涉及波浪和浮体、浮体和浮体相互作用,该文采用基于开源框架的SPH-DEM方法求解,即：基于光滑粒子水动力学方法（SPH）求解波浪运动、波浪和船体作用、波浪和浮冰块作用,基于离散单元法（DEM）求解船体与浮冰块的相互作用。在此基础上,针对0°和180° 2种浪向、舯前和舯后2种船体重心纵向位置共4种计算工况,计算得到了船体和浮冰块的纵摇、纵荡、垂荡运动响应,以及船体和浮冰块的相互作用力。结果表明,重心在船体舯前时,船体和浮冰块紧密接触,两者运动响应幅值和频率较为一致;船体和浮冰块相互作用力以垂直分力为主,对应稳定时均值在0°、180°浪向分别可达船体自重的44.6%和88.9%;重心在船体舯后时,船体和浮冰块处于相对自由漂浮状态,垂直分力的稳定时均值接近零值。