收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

冰载荷的识别及冰激振动的实验与数值模拟

张运良  
【摘要】: 海冰-结构的动力相互作用、冰激振动及冰载荷的识别问题,仍是目前工程海冰界的核心和热点问题。但由于问题的复杂性,公认的能够描述冰-结构动力相互作用力学机制的数学物理模型还远未找到,对冰激振动机理的认识远未统一,现有各类冰载荷的识别方法还存在着许多不尽人意之处,因此,本文利用室内模型实验、数值分析和模拟等手段开展了以下三个方面的初步研究:(1)海冰-柔性结构动力相互作用时冰载荷的识别方法;(2)冰激柔性锥体振动的室内实验模拟;(3)基于DDA方法的冰-结构动力相互作用的数值模拟。相应地,主要研究内容和研究成果分为三部分: 工程实际中冰载荷的获取有直接测量法和识别反演法两大类,各具优势和特点,都有一定的效果。本文第2章着重开展了动态载荷(包括冰载荷)的识别方法研究,它为本文后续工作的开展打下了必要的基础。首先,介绍、比较和总结了现有文献中关于冰载荷识别的各类主要的频域和时域方法,然后,针对现有时域识别方法的计算繁复、工作量大、稳定性和抗噪能力都较弱的缺点,对具有工程应用前景的一类载荷时域识别方法作了进一步的改进:放弃了目前现有文献中关于未知外载荷在离散时间间隔内为阶跃常荷载的假定,采取在微小的时段内外载荷是按线性规律变化的更为合理的假设;重新推导并建立了对于比例阻尼系统的一套新的载荷识别公式和程序。同时,通过对离散时间间隔的控制,可以保证该识别计算具有很强的数值稳定性和抗噪能力。依据本文的识别模式和程序,能够实现由结构的任一种类型的响应(位移或速度或加速度或应变)或各类响应的组合来确定未知作用力的时程。经算例详细地论证,作者提出的载荷识别公式相对于文献中所给出的公式而言,形式简洁、明了,应用方便,计算量小且效率高,并且具有较强的稳定性和抗噪能力,适用于稳态和非稳态等各类载荷的识别。该方法成功地应用于如下冰激锥体振动实验中动态冰载荷的识别。 模型实验是探讨冰激锥体振动机理和特点的一个有效途径,因而第3章就介绍了作者利用DUT-1非冻结可破碎模型冰和自行设计的柔性加锥模型结构,所设计的冰速变化而其它参数固定时模拟冰激锥体振动的室内实验方案。测量了模型冰排和小冰样的弹性模量和弯曲强度,以及相互作用过程中结构上特定点处的位移、加速度和动应变时程,拍摄了冰排-结构动力相互作用的整个过程。利用作者在第2章中提出的动态载荷时域识别方法,依据结构的振动响应,识别了作用于模型结构上的动态冰载荷时程,进而得到了相应的载荷Fourier频谱,并对反演计算的效果进行了说明和验证。从实验和计算结果得出的结论是:冰激锥体振动是一种间歇性的随机受迫振动+自由阻尼振动,且以低频振动为主;DUT-1模型冰排在与锥体模型结构动力相互作用时,主要以弯曲折断的方式破坏,兼有压缩、剪切型破坏,与原型观测较为符合;依据结构的动态响应所识别的动 大连理工大学博士学位论文 一 冰力,在量级上比较符合实际,而冰力随冰速和时间的双重变化关系不ggffi简单的函数 定量地描述,但冰力最大幅值有随冰速的提高而增大的趋势:动冰力具有较为丰富的频 率成分,主要集中在0~3他的频带范围内:在某一特定条件下,冰激锥体振动sic产生 动力放大的共振现象,但需要进一步的实验验证。 数值模拟是研究冰—结构相互作用及冰激振动的另一个有效途径。第4章所涉及的是 非连续变形分析(DDA)方法在模拟海协结构相互作用领域的初步应用。首先简单介绍 了二维DDA方法的基本理论,然后将高速运动的冰排理想化为弹脆性材料,并应用*)f\ H维程序将冰排和结构都离散成块体系统,结合两个算例探讨了DDA方法的适用性。结 果中不仅直观地给出了小结构相互作用时冰排的破坏就,而且给出了柔性结构上代表 观测点的位移及速度响应时程,接触面上结构的局部水平应力曲线,以及结合作者提出 的动载时域识别技术利用响应反演得到了作用于结构上的等效总动冰载荷。根据模拟结 果,认为DDA方法为研舶冰与结构的动力相互作用和冰激振动问题跳了一条可行的 新思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张剑波;;自升式平台冰激动力响应分析[J];海洋科学进展;2007年01期
2 吴宇新;宋晓杰;黄一;张崎;李欣;;基于非线性均匀腐蚀理论的抗冰海洋平台疲劳分析[J];中国海洋平台;2008年05期
3 吕和祥,马莉颖;瞬态温度场作用下冰载荷计算[J];应用力学学报;1996年01期
4 段梦兰,柳春图;海上固定平台的冰激振动响应计算与分析[J];海洋工程;1995年02期
5 彭星来;徐华福;蔡宗虎;支景波;马文峰;;基于ALGOR软件对导管架平台结构冰激振动响应分析[J];中国海洋平台;2010年05期
6 唐立强,白若阳;冰与海洋结构相互作用力的弹塑性分析──冰载荷的塑性极限分析[J];哈尔滨工程大学学报;1998年02期
7 王立忠,张韶光;冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估研究[J];中国海洋平台;2005年05期
8 柳春光;齐念;冯晓波;;精细积分在冰荷载识别中应用[J];海洋工程;2010年02期
9 王翎羽,陈星,宋安,郑沧波;柔性海洋结构冰激振动问题的对策[J];中国海上油气(工程);1994年04期
10 刘山,麦汉超,申仲翰;海上导管架平台结构隔振控制方案与减振效果分析[J];强度与环境;2004年03期
11 刘健,陈国明,杨晓刚,黄东升;基于ANSYS软件实现平台结构的冰激振动分析[J];中国海上油气;2005年01期
12 智浩,岳前进,林家浩;海洋平台随机冰力谱的识别[J];海洋工程;2000年02期
13 张运良,林皋,王永学,李志军,李广伟;冰激柔性锥体振动实验研究[J];大连理工大学学报;2004年06期
14 陈星,王翎羽,宋安,郑沧波;TLD水箱减(冰)振的现场试验研究[J];海洋学报(中文版);1995年02期
15 岳前进,毕祥军,于晓,时忠民;锥体结构的冰激振动与冰力函数[J];土木工程学报;2003年02期
16 曲月霞,王永学;海冰对近海结构物作用的随机模型[J];中国海洋平台;2000年02期
17 佟建峰,宋安,史庆增;冰激振动及冰荷载动力特性的试验研究[J];海洋工程;2001年04期
18 岳前进,李辉辉,于学兵;渤海石油平台的冰振及对作业人员的影响[J];中国海洋平台;2005年03期
19 徐继祖,王翎羽,陈星,宋安;渤海生产平台减冰振技术研究[J];中国海洋平台;1995年02期
20 王晖;叶书程;于皓;;冰激振动下简易平台的动态优化设计[J];海洋技术;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王鹤;史庆增;宋安;;动冰力模型实验模型律初探[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年
2 张剑波;;冰区自升式平台桩腿的安全评估[A];渤海湾油气勘探开发工程技术论文集(第十集)[C];2005年
3 张纪刚;吴斌;欧进萍;;海洋平台冰振控制试验研究[A];2005年全国博士生学术论坛(土木建筑学科)论文集[C];2005年
4 黄焱;史庆增;宋安;;冰激柔性四桩柱结构振动的模型试验研究[A];第十三届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集[C];2007年
5 岳前进;姚健;毕祥军;屈衍;;海洋平台的冰振疲劳与动冰力研究[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2004年
6 张大勇;岳前进;车啸飞;;在役抗冰导管架海洋平台结构风险评估[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
7 徐俊;史庆增;宋安;;海洋导管架平台抗冰振措施探讨[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年
8 岳前进;时忠民;;柔性抗冰海洋平台与动冰力研究——第十二届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
9 李刚;张大勇;岳前进;;冰振下海洋平台管节点的疲劳时变可靠性分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 段梦兰;李志刚;;海洋结构物的冰激振动、疲劳和断裂[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张运良;冰载荷的识别及冰激振动的实验与数值模拟[D];大连理工大学;2002年
2 黄焱;冰激海洋平台振动的动力模型试验研究[D];天津大学;2004年
3 屈衍;基于现场实验的海洋结构随机冰荷载分析[D];大连理工大学;2006年
4 张力;导管架海洋平台冰激振动控制的实验研究[D];大连理工大学;2008年
5 刘圆;抗冰海洋平台动力分析与结构选型研究[D];大连理工大学;2007年
6 张大勇;基于性能的抗冰导管架结构风险设计研究[D];大连理工大学;2007年
7 贾玲玲;桥墩冰激振动响应分析及复合反演研究[D];大连理工大学;2009年
8 刘翔;面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究[D];大连理工大学;2008年
9 于骁;环境荷载激励下工程结构振动控制方法及实验研究[D];大连理工大学;2007年
10 刘玉萍;海冰影响冻融损伤的桥梁结构安全的机理及应用研究[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 齐奎利;冰载下极地船舶结构强度评估研究[D];上海交通大学;2013年
2 李德权;抗冰平台冰激振动抑制策略研究[D];大连理工大学;2010年
3 彭贵胜;导管架平台冰振疲劳特性研究[D];大连理工大学;2006年
4 于雷;基于渤海石油平台的冰激振动监测及其应用[D];大连理工大学;2005年
5 齐念;冰激桥墩振动模型试验研究及冰荷载的识别[D];大连理工大学;2009年
6 吴宇新;腐蚀条件下抗冰海洋平台疲劳分析[D];大连理工大学;2007年
7 徐俊;导管架平台抗冰振措施的数值分析[D];天津大学;2004年
8 刘小惠;海洋平台冰激振动控制装置—TLD的研究[D];大连理工大学;2007年
9 李辉辉;海洋平台冰振失效的预警标准[D];大连理工大学;2005年
10 韩雪松;筒型基础平台冰激振动下地基土的动力软化研究[D];天津大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 驻沪记者 赵虎;DNV开发出冰载荷监测系统[N];中国水运报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978