破坏模式对锥体结构冰荷载的影响

发布时间：2020-10-14 02:31

　　 冰与锥体结构作用中的破坏模式是影响冰荷载的关键性因素。本文通过对现场的原型结构测量数据分析，运用理论分析和有限元模拟手段，系统地研究了冰破坏模式对锥体结构冰荷载影响这一工程问题。 论文首先回顾了抗冰锥体结构冰荷载的研究历史和现状，详细介绍了锥体结构静冰力和动冰力的研究历史。并提出了本文的研究任务。 论文第二章以原型观测数据为基础，主要分析了冰排的弯曲破坏模式及其影响因素。通过对JZ20-2海洋平台的观测数据进行统计，从破坏长厚比、冰排厚度、锥体直径和碎冰堆积等几个方面分析了影响冰锥相互作用过程中冰排破坏模式的因素。 论文的第三章以第二章中的参数分析为基础，建立了半圆环域弹性板模型，采用理论分析的方法，定性地分析了冰与锥体相互作用的破坏模式过渡效应。分析结果表明，冰破坏力幅值的大范围变化与冰弯曲破坏的模式过渡相联系，最大冰力在过渡条件下出现。这一研究也表明，如果冰的破坏模式落入过渡区，通常在静冰力分析中采用的以楔梁型破坏为基础的冰力模型可能会低估冰力的幅值。 论文的第四章以第三章中的理论模型为基础，采用ANSYS软件对冰与锥体的相互作用的全过程进行了有限元模拟。分析结果显示随锥径相对于冰排断裂长度的比值逐渐增大，冰排破坏类型由楔梁型向板型破坏转变，破坏性质由准脆性逐渐转变为脆性。在上述过程中，冰力周期逐渐减小，极值冰力逐渐增大，而最大极值冰力出现在破坏模式转变的过渡区内。考虑接触条件效应后，上述规律证实了过渡型破坏就是锥体结构的最不利动冰力。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：P731.15
【部分图文】：

3)二次断裂阶段:如果锥体的角度比较大，并在上爬的过程中发生断裂，到下一次弯曲破坏时冰力将保持较低的水平，几乎接近零值。测量中以第一次断裂长度为破碎长度。典型的冰板破坏过程如图2.1所示。2.1冰与锥体结构弯曲破坏Fig.2.图2.1冰与锥体:BendingfailureofieeandConeStruetUre2.2.2冰与锥体结构作用的弯曲破坏类型Lau等(1999)团l提出冰排弯曲破坏按照径向裂纹的长度可以分为3种模式，需要分别建立冰力模型。1.楔梁型弯曲破坏:漂流冰排与结构锥面接触后，破坏的初始阶段表现为一系列径向裂纹从接触点产生并向内扩展，形成一个楔形悬臂梁群。随后从楔梁根部弯曲断裂形成一条环向裂缝，冰力达到峰值，称之为楔梁型弯曲破坏。冰排断裂形态如图2.2()a所示。图中D为作用点处的锥径，‘为断裂长度。2.板型弯曲破坏:冰排与锥面接触后在破坏的初始阶段首先产生环向裂缝，随后，断裂下来的冰板在其自重下沿径向进一步断裂为较小的碎块，称之为板型弯曲破坏。如图2.2(b)其断裂长度显著地小。现场观察发现上述两种破坏模式之间的交替是频繁发生的

2()a楔梁型弯曲破坏Fig.2.2(a)Wedgedbematypebendingfailure图2.2(b)板型弯曲破坏Fig.2.2(b)Platetypebendingfailurewessels等[1958」归81，Izumiyama[3刃等许多学者认为冰与锥体作用时首先产生径向裂纹，然后产生环向裂纹。但径向裂纹是非同时发生的，而环向裂纹是同时发生的。随着锥径增大，会导致冰内部的环向最大拉应力减小，而径向拉应力增大当锥径增加到一定程度时，环向裂纹先于径向裂纹出现。

1.楔梁型弯曲破坏:漂流冰排与结构锥面接触后，破坏的初始阶段表现为一系列径向裂纹从接触点产生并向内扩展，形成一个楔形悬臂梁群。随后从楔梁根部弯曲断裂形成一条环向裂缝，冰力达到峰值，称之为楔梁型弯曲破坏。冰排断裂形态如图2.2()a所示。图中D为作用点处的锥径，‘为断裂长度。2.板型弯曲破坏:冰排与锥面接触后在破坏的初始阶段首先产生环向裂缝，随后，断裂下来的冰板在其自重下沿径向进一步断裂为较小的碎块，称之为板型弯曲破坏。如图2.2(b)其断裂长度显著地小。现场观察发现上述两种破坏模式之间的交替是频繁发生的，因而导致动冰力参数的大幅度变化。3.半无限长弹性基础梁型弯曲破坏:冰排的几何特征是宽度小于结构宽度，长度远大于冰的特征长度，包括小楔角的楔形长梁或板;受力特征是冰排整个前缘作用有较均匀的线分布边界力;破坏前的主要变形特征是沿纵向得单向弯曲。断裂形态主要特征是横向的直裂纹，或曲率很小的环向裂纹，弯曲破坏产生的断裂长度在各种类型中是最大的。
【引证文献】

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1 何菲菲;破冰船破冰载荷与破冰能力计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

本文编号：2840049