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冰载荷的识别及冰激振动的实验与数值模拟

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  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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极地重型破冰船冰载荷计算方法研究

极地重型破冰船具备冬/春季高纬度冰区作业能力,工作环境极为恶劣,在极端低温状态下承受各类冰载荷的联合作用,包括多种类型破冰工况下产生的艏部冲击冰载荷、船中区舷侧挤压、局部冰压等。受到自然环境条件的影响,极地海冰剧烈变化,极地航线的开通成为连接亚欧贸易通道的潜在因素,而海冰的存在是影响船舶极地航行安全性能的主要因素,因此海冰的空间分布和力学性质研究对船舶和抗冰结构意义重大。在极地冰区航行与作业工况中,其重点作业海域冰情以多年冰为主。鉴于其运营环境、任务形式的特殊性,重型破冰船在冰载荷预报以及冰带区域构件布置和设计等方面有其特殊之处。本文研究的设定目标为服务于极地重型破冰船船型开发,开展模拟多年海冰力学特性与数值仿真模型研究,通过阅读国内外参考文献搜集整理极地多年冰的特性,从物理属性与材料特性两方面着手寻找一种符合极地多年冰模型的几何与强度要求的相关标准参数;在此基础上,重点对极地重型破冰船冰载荷计算方法以及冰带典型结构区域极限承载...  (本文共90页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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极地宽大结构的海冰载荷研究

北极地区丰富的油气资源使其成为目前世界能源开发的热点地区,然而北极地区纬度高,常年处于寒冷条件下,为了油气资源的安全清洁开采,对工程技术提出较高要求。我国冰力学的发展相对国外较晚,且我国位于北极圈以外,缺乏海上极寒工程的经验,对极地冰载荷的深入研究,能够掌握寒区核心技术以实现极地资源自主开发。通过归纳总结巴伦支海与喀拉海的海冰环境条件,给出北极海域一般冰期、平整冰厚以及冰速范围。基于现有规范及北极科学考察实地测量所得数据,明确北极地区海冰生消规律,北极地区海冰盐度、密度和冰温范围。采集黄渤海冬季自然海冰开展单轴压缩试验和弯曲试验,发现海冰单轴压缩强度在韧脆转变区具有明显的尺寸效应,基于Timco的海冰强度计算公式,分析得到了宽适用范围内修正的海冰压缩强度与弯曲强度的多因素函数关系式。利用离散单元法对冰与宽结构相互作用过程进行数值模拟研究,结合渤海沉箱平台以及北极海洋平台现场实验数据验证了离散元对海冰动力学过程模拟的正确性。分析了...  (本文共89页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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冰区航行船舶冰载荷监测方法研究

随着人们对能源需求量的不断扩大,极地地区的油气资源开采及运输量日益增加。极地地区自然资源丰富、资源潜力巨大,除了渔业、水力、风力、森林等可再生资源,还有不可再生的石油、天然气等。极地地区丰富的自然资源促进冰区航运业发展的同时其恶劣的自然环境和复杂的冰情也对冰区航行船舶造成了一定的威胁。所以对冰区航行船在航行过程中的冰载荷获取分析显得尤为重要。冰载荷的确定方法主要包括数值分析法、模型试验法和船体监测法。其中船体监测又分为总体监测和局部监测。本文基于船体局部冰载荷的间接监测方法,围绕该方法在执行过程中所面临的数学模型病态性和单元尺寸确定两大问题展开深入研究,主要工作内容如下:简单回顾船体冰载荷确定方法的应用实例及局部冰载荷间接监测方法的数学模型,指出数学模型中的病态性问题并对该问题的解决方案展开研究。分别讨论了正则化方法和基于新的理论或假设构造新数学模型方法的优缺点,最终通过优化测点位置来从根源上消除数学模型的病态。建立破冰船有限元...  (本文共125页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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CFD-DEM耦合下冰载荷计算分析

北极海域的海冰覆盖面积与厚度在近40年来持续缩减,这种变化趋势为北极地区的船舶的通行和该地区的开发与利用提供了便利的条件。作为连接太平洋北部与大西洋北部的最短航道,通过北极行驶的航道能够比现在使用的苏伊士运河-巴拿马运河的航道节省约40%的航程。此外,北极地区油气资源储存量丰富,储有全球未勘探石油资源的25%。因此,有必要对该区域工作的船舶以及其他结构物的海冰适应性问题进行研究。在冰区海洋工作的船舶与其他海洋结构物所遭遇的外部环境主要是海冰与风浪流的耦合系统。针对该耦合系统,本文通过CFD与DEM耦合的方式,使用FLUENT和EDEM软件,建立数值冰池,并将该数值冰池用于结构物的海冰适应性问题研究,主要的工作如下:(1)数值冰池的建立。首先,本文采用离散元理论,使用python语言编写了密排六方排列方式下海冰离散元模型的生成程序。其次,本文基于CFD-DEM耦合理论,通过编译的EDEM-FLUENT耦合接口,将生成的海冰离散元模...  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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某型极地半潜平台结构的可行性研究

北极地区的物产丰富,按照目前全世界的原油需求量,北极仅目前勘测到的石油储量,便能够满足全球3年的供应,未探明储量可达900亿桶。同时天然气、煤炭的储量也是惊人。随着全球气候变暖,北极圈冰层消退,使开发北极航线成为可能。目前北极海上油气勘探开发工程主要有人工岛、重力式平台和浮筒型平台,深水浮式平台尚无实船开发工程。当前我国在极地半潜平台的研发上仍处于起步阶段,但近年来我国与国际接轨,针对冰载荷预报、极地半潜结构的强度分析等技术难点进行系统研究,并已形成初步成果。首先,本文研究了海冰的物理特性,同时研究了冰载荷与平台结构的交互作用以及主要破坏形式。通过以上研究,为冰载荷的预报技术提供理论依据。其次,本文基于当前国际上公认的极地海工结构物规范ISO-19906对冰载荷进行评估,进行了平台承受的总体冰载荷与局部冰载荷的计算。同时,基于离散元理论对冰载荷进行数值模拟计算,并通过数值模拟计算的结果对规范计算的冰载荷进行验证,确定了用于平台结...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>