破坏模式对锥体结构冰荷载的影响

摘要

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。

目录

文摘

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引言

1抗冰锥体结构冰荷载的研究综述与进展

1.1引言

1.2锥体结构静冰力的研究成果

1.2.1基于原型结构的现场观测

1.2.2锥体冰力的试验模型

1.2.3锥体冰力理论分析模型

1.3锥体结构动冰力的研究成果

1.3.1原型观测

1.3.2理论分析

1.3.3模型试验

1.4各种研究方法的比较

1.5锥体结构冰荷载机理

1.6小节

2冰的弯曲破坏模式及影响因素分析

2.1引言

2.2冰与锥体结构相互作用分析

2.2.1冰与锥体结构作用的弯曲破坏过程

2.2.2冰与锥体结构作用的弯曲破坏类型

2.2.3冰与锥体结构作用的其他破坏模式

2.3破坏模式类型与冰力分析的关系

2.4基于现场观测数据的破坏模式的影响因素分析

2.4.1冰破坏长厚比与破坏模式的关系

2.4.2锥径对冰的破坏模式的影响

2.4.3冰厚对冰的破坏模式的影响

2.4.4碎冰堆积对冰的破坏模式的影响

2.5本章小节

3弯曲过渡条件下锥体结构冰荷载的理论分析

3.1引言

3.2冰弯曲破坏模式的过渡

3.3半圆环域弹性板冰力模型

3.4临界条件下的冰力

3.5冰力的比较与分析

3.6结论

3.7本章小节

4冰-锥相互作用破坏全过程的有限元模拟

4.1引言

4.2从破坏模式转型看理论模型的局限性

4.3有限元分析参数选择及ANSYS建模

4.3.1参数选择

4.3.2有限元模型的确定

4.4冰-锥相互作用时冰排破坏过程的非线性有限元分析

4.5分析和比较

4.5小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士论文期间发表论文情况

致谢