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冰激海洋平台振动的动力模型试验研究

黄焱  
【摘要】:冰激振动是寒区国家海洋工程所面临的课题,尽管各国已对这一问题的研究投入大量的人力、物力,但目前的研究成果与实际工程的应用要求还相去甚远。这主要是因为:冰材料自身的物理力学性质具有极大的复杂性,目前冰力学界对这些复杂特性的认识水平还不成熟;实际工程结构的形式具有很大的多样性,冰体与不同结构形式作用发生破坏的控制机理是不同的,对于冰材料破坏进程的研究也处于不够成熟的水平。 模型试验是冰力学研究中十分重要的一种方法、手段,但目前国际上动冰力模型试验的发展还不够成熟。本文在对国际上已进行的相关试验研究工作进行总结与评价的基础上,设计了一套具有国际先进水平的试验装置及试验方案,对冰激柔性锥体及直立桩结构振动问题进行了系统的模型试验研究,并取得突破性进展,主要研究成果如下: 在冰激柔性锥体结构振动问题的试验研究中获得重要发现,冰排前缘在柔性锥体结构前以二次断裂的特殊形式发生破坏。二次断裂进程具有两种模式,而激振冰力以何种模式作用决定于结构与冰条件的共同控制。 本文针对二次断裂进程的两种模式,分别提出了两种模式下柔性锥体结构上的概化冰力函数。数值模拟结果与实测结果进行比较后,得到了令人满意的结果,这说明,本文给出的两种模式下的柔性锥体结构上的冰力函数是可以充分反映真实载荷情况的。 本文在试验研究中得出重要结论,冰激柔性直立桩结构稳态振动的控制机理是冰与结构间的相互作用。结构的振动导致冰以间歇性延-脆模式破坏是这种相互作用过程中的主要特征。针对这一重要发现,本文提出了一个冰激振动问题中全新的概念—相互作用系数。这一参数直接反映出冰与结构综合作用条件对系统动力效应的控制水平,为冰激柔性直立桩结构振动问题的研究开辟了一个重要的突破方向。


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