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平整冰和碎冰区单桩锥体风电基础结构冰载荷离散元分析

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应用力学学报 2022年第1期39卷 44-53页

作者：王祥刘璐杨海天季顺迎大连理工大学大连116024

在渤海和北黄海海域,冰载荷是影响风电基础结构振动响应及疲劳寿命的关键因素。对于单桩风电柔性结构而言,在水线处安装抗冰锥可有效降低冰载荷,保障海上风电安全运行。为分析海冰对锥体风电结构的冰载荷,基于扩展多面体离散元方法模拟... 详细信息

在渤海和北黄海海域,冰载荷是影响风电基础结构振动响应及疲劳寿命的关键因素。对于单桩风电柔性结构而言,在水线处安装抗冰锥可有效降低冰载荷,保障海上风电安全运行。为分析海冰对锥体风电结构的冰载荷,基于扩展多面体离散元方法模拟了平整冰和碎冰对锥体风电结构的作用过程,分析了不同锥径和海冰密集度下的锥体风电结构冰载荷及冰激结构振动响应。计算结果表明,锥体结构冰载荷具有显著的随机性和周期性,平整冰对锥体结构冰载荷要明显高于碎冰;平整冰对上锥体的冰载荷大于下锥体冰载荷,而碎冰对上锥的冰载荷却小于下锥体冰载荷;所提方法可有效模拟海冰对锥体风电结构的作用力。

关键词：离散元方法冰载荷锥体风电结构平整冰碎冰区

基于内聚力接触法的船舷侧-平整冰相互作用数值模拟

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船舶工程 2023年第3期45卷 60-66页

作者：秦飞陆苏超中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 海洋石油工程(青岛)有限公司山东青岛266520

针对极地航行船舶与平整冰碰撞挤压的典型场景,采用内聚力接触法模拟平整冰与舷侧碰撞发生挤压破坏的过程,构造粗糙化单元表面模拟冰与结构物表面的非同时接触,选取均匀化冰体单元描述冰的微裂纹扩展和挤碎的过程。在此基础上,分析不同... 详细信息

针对极地航行船舶与平整冰碰撞挤压的典型场景,采用内聚力接触法模拟平整冰与舷侧碰撞发生挤压破坏的过程,构造粗糙化单元表面模拟冰与结构物表面的非同时接触,选取均匀化冰体单元描述冰的微裂纹扩展和挤碎的过程。在此基础上,分析不同碰撞场景下舷侧局部载荷的分布规律,并对舷侧结构变形和吸能结果进行分析。仿真结果表明:局部载荷的大小与碰撞速度的关联性不强;在平整冰与舷侧碰撞过程中,纵骨对结构抵抗外载荷并保持稳定的贡献较大。

关键词：内聚力模型平整冰船舶舷侧挤压破坏

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冰-水耦合作用下平整冰与竖向柱体碰撞研究

冰-水耦合作用下平整冰与竖向柱体碰撞研究

作者：张娇艳兰州交通大学

学位级别：硕士

我国易发生冰凌灾害地区的竖向柱体(比如闸墩、桥墩、海洋平台等),在春季开江时常会遭受流动平整冰撞击的危害,巨大的平整冰撞击力会引发竖向柱体结构局部损伤破坏,甚至会造成结构整体垮塌,进而对结构的安全运营造成严重威胁。因此开展... 详细信息

我国易发生冰凌灾害地区的竖向柱体(比如闸墩、桥墩、海洋平台等),在春季开江时常会遭受流动平整冰撞击的危害,巨大的平整冰撞击力会引发竖向柱体结构局部损伤破坏,甚至会造成结构整体垮塌,进而对结构的安全运营造成严重威胁。因此开展冰-水耦合作用下流动平整冰对竖向柱体结构的撞击影响规律研究,对保障竖向柱体结构安全以及人民的生命财产安全具有重要意义。本文将平整冰按平面尺寸大小划分为流冰和冰排两类,选取引洮工程中某闸墩作为竖向柱体的典型工程实例,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA、LS-PREPOST和LS-DYNA SOLVER进行建模、前后处理、计算及结果分析,通过分析冰-水耦合作用下流冰、冰排撞击闸墩时撞击区域的最大等效应力、最大位移、撞击力、加速度和速度等探究碰撞特征,同时研究流冰、冰排撞击闸墩时流动速度、抗压强度和平面尺寸三个影响因素对碰撞特征的影响规律。全文主要研究工作如下:(1)阐明平整冰撞击竖向柱体的基础理论,包括在碰撞过程中的接触类型、接触算法、显式时间积分原理以及冰-水耦合算法等理论基础。采用多国不同冰荷载公式计算动冰荷载,验证本文所建立有限元模型的准确性与可靠性,并将计算结果与数值模拟结果进行对比分析研究,论述各公式的优缺点。(2)以引洮工程中的某闸墩作为典型竖向柱体工程实例,充分考虑水介质对于平整冰的影响即冰-水耦合作用,将平整冰根据尺寸大小分为流冰、冰排,建立闸墩与平整冰碰撞的数值模拟模型,在闸墩迎冰面为平直形、半圆形、三角形时,设置速度、抗压强度、平面尺寸三种工况,探究平整冰速度、抗压强度以及平面尺寸三种工况对不同迎冰面的闸墩撞击区域最大等效应力、最大位移的影响规律。(3)对于流冰、冰排与闸墩的碰撞研究,最终结果表明:当流冰速度逐渐增大时,闸墩撞击区域最大等效应力、最大位移与其速度呈现峰值曲线关系;当冰排速度逐渐增大时,闸墩撞击区域最大等效应力、最大位移与其速度均呈现对数函数关系;当流冰、冰排的抗压强度逐渐增大时,闸墩撞击区域最大等效应力、最大位移与其抗压强度均展现近似的多项式关系;当流冰、冰排平面尺寸逐渐增大时,闸墩撞击区域最大等效应力、最大位移呈现出近似的线性关系,并且根据不同迎冰面闸墩撞击区域的最大等效应力、最大位移数据可以得到,不同迎冰面的破冰能力依次为:三角形>半圆形>平直形。(4)对于文中设置的平整冰流动速度、抗压强度、平面尺寸三种工况对闸墩撞击区最大等效应力的影响,进行敏感性分析,得到在流冰、冰排不同工况下,三种不同迎冰面闸墩的最敏感因素,并且对于敏感性因素设立响应措施进行最大等效应力的控制。最终结果表明:不确定因素的敏感性从高到低为:平面尺寸>流速>抗压强度,为提高凌灾易发生地区长距离输水工程的安全性,可采取相应措施:(1)减小平整冰的平面尺寸;(2)降低平整冰的流速;(3)抗压强度对于闸墩撞击区域最大等效应力、位移的影响不大,可忽略。

关键词：冰-水耦合作用竖向柱体平整冰碰撞数值模拟敏感性分析

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大型运输船极地平整冰区航行阻力的模型试验

中国造船 2016年第3期57卷 36-44页

作者：黄焱孙剑桥季少鹏田于逵天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国船舶科学研究中心无锡214082

针对一艘在极地海域内以船艏破冰方式航行的运输船,进行了平整冰条件下船舶航行阻力的模型试验。试验测试以拖曳船模在冰水池内行进的方式进行,试验观测针对多种船速展开,观测内容包括:平整冰排在船艏前的破坏模式、冰排沿船体舷侧的破... 详细信息

针对一艘在极地海域内以船艏破冰方式航行的运输船,进行了平整冰条件下船舶航行阻力的模型试验。试验测试以拖曳船模在冰水池内行进的方式进行,试验观测针对多种船速展开,观测内容包括:平整冰排在船艏前的破坏模式、冰排沿船体舷侧的破坏模式、碎冰沿船体的运动状态以及船体航行总阻力。试验测试中包含两种主要的冰况条件,即船体独立在平整冰条件下的航行和在有破冰船开道的航道碎冰条件下航行。试验测试结果表明,船体在平整冰中航行时,由船肩处引发的大面积弯曲破坏将导致极值阻力的出现;船体在碎冰航道中航行时,部分大尺寸的碎冰块在漂移过程中将遭遇航道边缘的阻碍而发生重叠,并将导致航道边缘冰排的再次破坏。此外,两种冰况条件下船体航行阻力均值与极值均随航速的上升而增大,而平整冰条件下的航行阻力整体高出航道碎冰条件下的阻力两倍以上。

关键词：极地平整冰航行阻力模型试验

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渤海北部平整冰抗压强度设计标准研究

海洋工程 1989年第3期7卷 65-73页

作者：孟广琳李志军李福成张明元严德成隋吉学于永海国家海洋局海洋环境保护研究所

分析了1983～1986年在渤海北部鲅鱼圈港做的系列抗压强度试验结果,推荐了较好的抗压强度计算公式。从工程设计角度分析了最低气温对冰温的影响。利用渤海北部历年的冰厚和气象资料,按传热量理论推算出Ⅰ、Ⅱ设计海区历年的极值等效冰温... 详细信息

分析了1983～1986年在渤海北部鲅鱼圈港做的系列抗压强度试验结果,推荐了较好的抗压强度计算公式。从工程设计角度分析了最低气温对冰温的影响。利用渤海北部历年的冰厚和气象资料,按传热量理论推算出Ⅰ、Ⅱ设计海区历年的极值等效冰温;结合实测的冰盖盐度及其分布,计算出相应的极值等效抗压强度系列。推荐了渤海北部Ⅰ、Ⅱ海区平整冰的抗压强度、温度和盐度的设计值。

关键词：平整冰海冰冰厚冰温盐度变化设计标准海水冰点鲅鱼圈气温资料传热量

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船舶在平整冰区行进过程的离散元分析

海洋工程 2017年第3期35卷 59-69页

作者：狄少丞季顺迎薛彦卓哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

船舶在冰区航行中,冰荷载是船舶结构设计和安全航行的重要影响因素。采用具有黏结破碎特征的离散单元法对船舶在平整冰区的航行过程进行了数值分析。在船舶破冰过程的离散元模拟中,平整冰由球形颗粒黏结而成,同时考虑了海水浮力和拖曳... 详细信息

船舶在冰区航行中,冰荷载是船舶结构设计和安全航行的重要影响因素。采用具有黏结破碎特征的离散单元法对船舶在平整冰区的航行过程进行了数值分析。在船舶破冰过程的离散元模拟中,平整冰由球形颗粒黏结而成,同时考虑了海水浮力和拖曳力对海冰单元的作用,颗粒间的黏结作用可在海冰与船体的相互作用过程中发生破碎;船体由三角形单元构造,分析了在海水浮力、推进器推力及海冰共同作用下船体的六自由度运动特性。通过船体与海冰相互作用的离散元分析,确定了船舶在破冰过程中海冰作用在船体上的冰荷载,探讨了船舶推进器推力和海冰厚度对冰荷载的影响,并与Lindqvist船体冰阻力经验公式进行了对比。

关键词：平整冰船体离散元方法冰荷载破冰过程海冰厚度

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均匀平整冰破冰过程的数值研究

均匀平整冰破冰过程的数值研究

作者：殷志宏大连理工大学

学位级别：硕士

随着全球气候变暖,北极地区的经济意义和战略价值日益凸显。因此开发设计适用于北极环境的极地船舶显得十分具有意义。而对于极地破冰船舶设计来说,了解其与冰层的基本作用机理以及破冰过程中的冰阻力规律是十分关键的。因此,本文将围... 详细信息

随着全球气候变暖,北极地区的经济意义和战略价值日益凸显。因此开发设计适用于北极环境的极地船舶显得十分具有意义。而对于极地破冰船舶设计来说,了解其与冰层的基本作用机理以及破冰过程中的冰阻力规律是十分关键的。因此,本文将围绕船舶与平整冰的破冰问题展开研究。本文利用非线性求解器Ls-Dyna模拟计算了船舶与平整冰的相互作用过程。在数值模型中,船,冰等结构采用shell单元模拟,而流体模拟则采用Solid单元。然后,通过定义船与冰之间的接触以及结构与流体间的耦合从而建立起了船-水-冰耦合计算模型。最后,通过验证冰材料的合理性,保证网格收敛以及与试验结果对比等工作,来说明了该数值模型的可靠性。此外,本文还对影响船舶破冰过程的平整冰的各个参数进行了分析研究,并且得到了船体所受的冰阻力随着这些参数的变化规律。然后通过修正的Morris方法对各参数计算结果进行定性分析从而得到了各参数在破冰过程中对冰阻力的影响程度。

关键词：破冰过程冰阻力平整冰 Ls-Dyna

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平整冰与船舶结构相互作用的离散元分析

船舶与海洋工程 2016年第5期32卷 5-14页

作者：蔡柯季顺迎国家海洋环境预报中心国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室北京100081 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

对于在冰区航行的船舶,冰荷载是其结构设计和安全航行的重要影响因素。采用离散单元法对船舶在平整冰区中航行的过程进行数值分析。平整冰由球形颗粒黏结而成,并考虑海流对海冰单元的浮力和拖曳力;当海冰单元间的作用力大于其冻结强度时... 详细信息

对于在冰区航行的船舶,冰荷载是其结构设计和安全航行的重要影响因素。采用离散单元法对船舶在平整冰区中航行的过程进行数值分析。平整冰由球形颗粒黏结而成,并考虑海流对海冰单元的浮力和拖曳力;当海冰单元间的作用力大于其冻结强度时,海冰发生破坏;船体结构由三角形单元构成,其在与海冰作用的过程中可确定各单元上的海冰作用力;通过海冰单元与船体单元间的接触作用可计算船体在冰区航行过程中的局部冰压力和总冰力。通过对船舶结构与海冰作用进行离散元分析,重点确定船体水线处海冰线荷载的分布规律,探讨航速和冰厚对船体线荷载及总冰力的影响。分析结果可为冰区船舶的结构设计和船舶在冰区安全航行提供科学依据。

关键词：平整冰船体结构离散元方法冰荷载

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渤海平整冰厚度的分区统计

中国海上油气（工程） 1996年第1期8卷 43-46页

作者：李志军高树岗严德成张涛刘春厚海洋环境保护研究所大连116023 渤海海洋结构物检测公司天津塘沽300456

为解决不同重现期平整冰厚度问题,将1969年到1993年破冰船调查资料,按照渤海海冰烈度区划进行了分区统计、分析,给出了各区不同重现期平整冰设计厚度;并把它与以往沿岸资料统计分析结果进行了比较。

关键词：海冰参数海冰观测渤海平整冰厚度