海冰与锥体抗冰平台相互作用的数值分析

发布时间：2020-07-18 10:44

【摘要】： 随着能源需求量的日益增加，海洋采油平台的设计尤为重要，其中海冰对海洋平台的威胁成为科研人员关注的课题。为避免冰激振动，以显示动力分析软件LS-DYNA为工具，模拟了海冰和海洋平台锥体抗冰结构相互作用的破碎过程。 通过断裂过程的模拟得到了海冰弯曲断裂过程，模拟结果和现场观测一致。海冰的破碎长度符合实测结果。同时模拟结果给出了冰荷载时程曲线，呈现与实测结果一致的三角形脉冲形式。模拟得到了平台上部结构振动的位移和加速度响应信息。 通过数值模拟对海冰断裂过程和冰荷载的影响因素进行分析。首先分析了冰锥接触宽度对破坏模式和断裂长度的影响，结果显示冰锥接触宽度不是破坏模式转变的主要因素，对断裂长度的影响不大。同时分析了锥体角度、海冰厚度、弹性模量和海冰速度对海冰断裂行为的影响程度。针对科研人员关心的冰锥交界处的破碎情况进行了分析，结果表明在冰锥交界处没有发生像海冰与直立结构相互作用一样的挤压破碎情况，海冰仍然表现为弯曲断裂，但冰荷载峰值略高。 文章最后一部分对海冰和渤海JZ20-2海域的MUQ中北和NW北高两个现役海洋平台的相互作用过程进行模拟。结果显示出与实测相近的海冰断裂情况、海冰的断裂长度、冰荷载以及平台振动信息，为海洋平台抗冰结构设计提供参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P752
【图文】：

冰晶平行热流方向生长，常呈柱状。粒径在10Infn左右，粒径冰在5一20cm厚的生长过程中，C轴结晶方位随深度连续变化并趋向m以下的冰层，C轴优选方位完全平行冰面，冰的粒径大小不等。型柱状海冰结构本身决定了其物理性质的各向异性，垂直和平行冰同。为说明问题需要，设定晶体C轴方向为平行于冰面方向。海冰料，存在韧脆转变特性，处于韧性区和脆性区的海冰性质不同，破坏点因其所受荷载不同而有所差别。强度的抗压强度主要受应变率的影响，其压缩破坏有韧性破坏和脆性破℃范围内，S2型海冰的韧脆过渡区的:范围在1、10一‘一3、10一，:一，之较快时(一般应超过10.3)出现脆性破坏。平整冰水平方向单轴压缩强直方向和水平方向单轴压缩强度均值的比值约为3.0一2.4。此外盐度压缩强度有所影响【3‘]。一

海冰与锥体抗冰平台相互作用的数值分析裂韧度较低，出现裂纹极易扩展，海冰拉伸强度的测量一成果表明，拉伸强度受应变率影响不显著，或者说拉伸强度一般情况均是脆性破坏，只有当速率低于10一时才是韧性平方向的拉伸强度在0.4到0.7MPa之间，垂直方向拉伸载方向和盐水体积的变化对拉伸强度有很大影响。

图2.5抛物线失效准则Ralston(1978)Fig.2.5ParaboliefailureeriterionbyRalston(1的建立作用的弯曲断裂过程可以描述为:无限大构运动，冰排前缘首先与锥体相互接触挤升，此时冰排受到一个垂直于锥体斜面的力和垂直于冰排平面的竖向力，冰沿着锥体抬起的部分还受到重力作用，这样冰排平力和竖向力不断增加直到冰排断裂破碎曲断裂过程分为三个阶段:弯曲破坏阶段、

【引证文献】

相关博士学位论文 前1条

1 袁正国;内河冰凌力学性能及其对桥墩撞击力作用的研究[D];东北林业大学;2010年

相关硕士学位论文 前3条

1 单思镝;河冰对桥墩撞击作用的数值模拟分析[D];东北林业大学;2011年

2 张连丽;锥体结构冰载荷数值模拟方法探索[D];天津大学;2010年

3 王宾;辽东湾海水与平台相互作用研究[D];中国石油大学;2011年

本文编号：2760783