随着人们对能源需求量的不断扩大,极地地区的油气资源开采及运输量日益增加。极地地区自然资源丰富、资源潜力巨大,除了渔业、水力、风力、森林等可再生资源,还有不可再生的石油、天然气等。极地地区丰富的自然资源促进冰区航运业发展的同时其恶劣的自然环境和复杂的冰情也对冰区航行船舶造成了一定的威胁。所以对冰区航行船在航行过程中的冰载荷获取分析显得尤为重要。冰载荷的确定方法主要包括数值分析法、模型试验法和船体监测法。其中船体监测又分为总体监测和局部监测。本文基于船体局部冰载荷的间接监测方法,围绕该方法在执行过程中所面临的数学模型病态性和单元尺寸确定两大问题展开深入研究,主要工作内容如下:简单回顾船体冰载荷确定方法的应用实例及局部冰载荷间接监测方法的数学模型,指出数学模型中的病态性问题并对该问题的解决方案展开研究。分别讨论了正则化方法和基于新的理论或假设构造新数学模型方法的优缺点,最终通过优化测点位置来从根源上消除数学模型的病态。建立破冰船有限元模型,分别基于全船有限元模型和受监测区域的局部有限元模型,提取所有候选测点的结构响应形成总传递矩阵,通过比较两种方法得到的传递矩阵的差异总结出更为高效便捷的总传递矩阵构造方法。研究D-最优设计与顺序交换算法在测点优化中的具体应用,以船体三维曲面板架结构和平面板架为例证明了 D-最优设计与顺序交换算法的联合应用可以完全消除冰载荷间接监测数学模型的病态。由于破冰船局部冰载荷的间接监测研究过程基于一个假定:在每一承载单元内的冰载荷均匀分布。然而这一假定依赖于单元尺寸,单元划分是否合适尚无判断依据。通过在平面板架上划分多种承载单元方案及施加复杂程度不同的函数载荷,归纳出载荷间接监测过程中判断承载单元划分方案是否能够满足精度要求的规律。基于上述研究结论,将测点优化位置方法、测点数量选取准则、求解非病态问题的载荷识别算法选择以及从计算结果直接判断承载单元尺寸是否适当的规律在实船中进行验证分析。