【摘要】： 斜坡結(jié)構(gòu)已成為有冰海區(qū)海洋結(jié)構(gòu)的優(yōu)選結(jié)構(gòu),冰對斜坡結(jié)構(gòu)作用力學(xué)機(jī)制的分析是近些年來到國際上研究的熱點問題。本文通過采用非線性接觸有限單元法進(jìn)行數(shù)學(xué)分析與冰力模型試驗相結(jié)合的方法,探索準(zhǔn)確計算斜面冰荷載的數(shù)學(xué)分析方法。 本文首先概要地介紹了海冰的物理力學(xué)性質(zhì),列舉了國際上常用的斜體靜冰力計算模型和規(guī)范公式,闡述了有限元基本原理和非線性接觸分析,使用大型通用有限元軟件ANSYS建立斜坡與冰相互作用的數(shù)學(xué)計算模型,通過數(shù)學(xué)模型計算,分析作用于斜面結(jié)構(gòu)物上冰荷載的組成成分,深入地解釋冰與斜面結(jié)構(gòu)物作用的機(jī)制,并對摩擦系數(shù)、坡角、冰彎曲強(qiáng)度及冰厚如何影響作用在斜坡結(jié)構(gòu)上的水平冰力進(jìn)行研究。同時進(jìn)行斜坡冰力模型試驗,通過數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果與模型試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比性分析,驗證本文有限元數(shù)學(xué)模擬方法的正確性,并得到關(guān)于斜坡結(jié)構(gòu)冰載荷的重要結(jié)論。 通過理論分析和試驗研究相結(jié)合,證明此數(shù)學(xué)模型計算是一種簡易、可行、經(jīng)濟(jì)的冰力計算方法,為海冰設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中冰力計算模型提供一種新途徑,對工程設(shè)計冰載荷的計算有很大幫助。
【圖文】：

片冰層剛一形成時，表面非常平整，看上去好像一塊巨大的半透而，無論冰層多厚、多堅硬，海冰的這種平整狀態(tài)都不能長期保到海冰熱脹冷縮和冷脹熱縮性質(zhì)的影響，隨著溫度的降低，海冰膨脹，當(dāng)溫度降到一定程度后，海冰的體積又反而收縮。因而，會產(chǎn)生龜裂。這時，冰面上到處出現(xiàn)裂紋和縫隙，大片冰層變成浮在海面上。此后，如果氣溫很低，，裂紋或縫隙里的水就會迅速起來，從而形成冰面上具有焊縫般擠壓凍結(jié)痕跡的大片冰層。冰的結(jié)構(gòu)是一種晶體材料。自然界的冰都屬于對稱的六方晶系，但單個冰寸卻有很大不同：它們可能呈片狀、粒狀或柱狀，尺度可以由 1米。冰晶格的對稱軸垂直于“基面”，基面為若干互相平行的平平行方向發(fā)生相對位移時，需要破壞的分子結(jié)合點的數(shù)目明顯少移時的情況。這說明當(dāng)冰的晶格有序排列時，冰的變形和強(qiáng)度是

關(guān)注的是第一種作用方式，即大面積冰層整體移動時對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的作用力以及因此而引起的振動。當(dāng)運(yùn)動的冰排受到結(jié)構(gòu)物阻攔時，對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的作用力隨冰排的運(yùn)動而逐漸增大，當(dāng)增至足夠大時，冰排自身破壞，它對結(jié)構(gòu)物的作用力也隨之達(dá)到極值。冰力這種變化過程受控于冰排的破壞類型。所以，冰排自身破壞的類型和過程直接決定著它對結(jié)構(gòu)物作用的模式、過程和作用力的大小。通常情況下，移動的冰排在結(jié)構(gòu)物前可能產(chǎn)生的破壞類型有[11]：（l）擠壓破壞，如圖 2-3(a)所示，冰排在樁柱的接觸面上因受擠壓而逐塊斷續(xù)破碎；（2）壓屈破壞，如圖 2-3(b)所示，大面積冰排與海工結(jié)構(gòu)物接觸，冰排由于受壓而失穩(wěn)，首先在樁柱前隆起，然后破壞；（3）縱向剪切破壞，如圖 2-3(c)所示，當(dāng)冰排的剪應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時，產(chǎn)生與運(yùn)動方向平行的裂縫，造成冰排破壞。這種破壞容易出現(xiàn)在薄冰中。＝；（4）彎曲破壞，如圖 2-3(d)所示，當(dāng)冰排與具有一定坡度的結(jié)構(gòu)物相接觸時，形成受彎的梁或板，最終因彎曲而破壞。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TV135;P75

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 李志軍,卡艾·瑞斯卡;斜面結(jié)構(gòu)物上冰作用力三維理論實驗檢驗[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2001年01期

2 史慶增,徐繼祖,宋安;海冰作用力的模擬實驗[J];海洋工程;1991年01期

3 隋吉學(xué);作用于斜坡結(jié)構(gòu)物上海冰荷載的二維計算[J];海洋環(huán)境科學(xué);1996年02期

4 隋吉學(xué);作用于斜坡結(jié)構(gòu)物上海冰荷載的三維計算[J];海洋環(huán)境科學(xué);1997年02期

5 于永海,隋吉學(xué);冰對斜體結(jié)構(gòu)作用的二維和三維力學(xué)模型分析[J];海洋環(huán)境科學(xué);1999年03期

6 宋安,汪震宇,史慶增,王義安;冰模擬實驗與水利工程[J];水利水電技術(shù);2005年07期

7 陸欽年,段忠東,歐進(jìn)萍,汪振鎧;河冰對橋墩作用的冰荷載計算方法(Ⅱ)——冰壓力計算公式[J];自然災(zāi)害學(xué)報;2002年04期

本文編號：2596280