锥角对冰激柔性锥体振动影响的试验研究

摘要

目前,破冰锥体已经在众多抗冰结构中得以应用,其目的是为了降低冰力,但是人们对它的实际效果还没有明确定论,尤其是安装锥体后的冰激结构振动.已有的现场资料表明:冰与锥体结构作用时存在比较明显的破碎周期,并且在特定的冰厚与冰速组合下,冰力作用周期可以与结构的固有周期相吻合,导致结构振动加剧,从而会严重影响到结构自身的安全和相关的生产作业. 2004至2005年期间,天津大学冰工程实验室对作用在柔性锥体上的动冰力和冰激振动进行了一系列的试验研究,而本文的主要工作是在模型试验的基础上分析锥角对冰激锥体振动的影响. 本文首先通过对冰材料的物理力学性质和现有冰激振动理论的概括与总结,得出冰激锥体振动应属于一种强迫振动,而影响冰激锥体振动的关键参数为冰排断裂长度、冰速和冰力幅值； 然后对冰激柔性锥体振动模型试验的过程和结果进行了详细的介绍,由于冰排前缘在沿锥面上爬的过程中发生二次断裂,使得试验中得出的冰力时程具有这样一种重要特征,即一大一小两个冰力加载-卸载进程的交替出现,而且第二个冰力加载进程在前一进程的冰力还没有完全卸载时就已经开始； 根据上述特征,本文建立了一个与工程实际更接近的新的概化动冰力函数,并在此基础上分析了锥角对冰激锥体振动的影响,分别得出了锥角对冰力作用周期和幅值的影响水平,为破冰锥体在抗冰结构中的应用提供了一定的设计依据.

目录

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第一章绪论

1.1冰激振动问题的工程背景

1.2锥体在抗冰结构中的应用

1.3冰激锥体结构振动的研究现状

1.4室内动冰力模型试验

1.5本文的主要工作

第二章海冰的物理力学性质

2.1海冰的组成和结构

2.2海冰的物理性质

2.2.1海冰的盐度

2.2.2海冰的密度

2.2.3海冰的热性质

2.3海冰的力学性质

2.3.1海冰的变形性质

2.3.2海冰的强度性质

2.3.3海冰的破坏形式及机理

第三章冰激锥体振动

3.1冰激振动理论

3.1.1强迫振动理论

3.1.2冰与结构相互作用理论

3.2冰激锥体振动机理

3.3冰激锥体振动的关键参数

3.3.1冰排断裂长度和冰速

3.3.2冰力幅值

第四章冰激锥体振动的模型试验

4.1实验室概况

4.2模型冰的制取

4.3试验模型

4.4试验操作

4.5试验设计条件

4.6试验结果

4.6.1试验现象

4.6.2冰力时程

4.6.3位移时程

第五章锥角对冰激锥体振动的影响

5.1冰激锥体振动的概化冰力函数

5.2锥角对冰力作用周期的影响

5.2.1锥角对冰力作用总周期T的影响

5.2.2锥角对冰力作用时间T1、T2、t1、t2、t3、t4的影响

5.3锥角对冰力幅值的影响

5.3.1锥角对第一冰力幅值F1的影响

5.3.2锥角对第二冰力幅值F2的影响

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢