冰载荷

摘要： 为分析半潜式平台在冰和风浪流共同作用下的动力定位能力,使用有限元软件LS-DYNA建立冰载荷数值模型,以半潜式平台为对象,得到不同迎冰角下的冰力时程曲线。基于自主开发的动力定位能力分析程序,将冰载荷纳入环境载荷进行计算并绘制平台在碎冰区的动力定位能力曲线。观察平台在工作海况下的作业窗口,发现碎冰场的冰载荷对平台的动力定位能力有较大影响,尤其当艏向在[30°,60°]时影响最明显。结合推进器失效工况对平台动力定位能力进行评估,提出平台遭遇碎冰场时的动力定位方案和对推进系统设计的建议。

摘要： 本文采用二维离散元法模拟碎冰与船舶的相互作用。运用海冰粘弹性的Kelvin模型,结合船舶与碎冰的耦合运动,通过Newmark法求解三自由度船舶运动方程,计算船舶航行于碎冰区的碎冰载荷。与相关文献进行对比,验证本文数值模型的可行性。研究海冰不同的弹簧系数、粘性阻尼系数与摩擦系数对碎冰载荷的影响。结果表明:二维离散元数值模拟满足计算要求;相比于粘性阻尼系数,弹簧系数与摩擦系数对碎冰载荷影响更显著。本文的研究可为极地船舶碎冰阻力设计和船模实验提供理论帮助。

摘要： 由于缺乏实际冰况信息和对应的船体冰载荷预报方法,实船测试成为获取冰载荷的重要方法。随着更多极区船舶的建造和冰区航行,近年来取得了丰富的实船测试研究成果。文章系统论述了自2015年以来国内外关于冰载荷实船测试方面的研究进展,包括冰载荷实船测试数据内容和方法、从测试数据到冰载荷的换算方法、冰载荷的影响因素和空间分布特征、冰载荷概率模型和设计极值预报方法等,最后归纳得到的冰载荷实船测试方面的主要研究结论,可为冰载荷的研究提供重要参考,并且指出将冰载荷极值预报方法应用于实船设计仍需要更多的数据积累和理论探讨。

摘要： 目前海洋工程结构中常见的抗冰方式是对结构加装锥体,为了明确该抗冰结构设计的合理性,基于Ansys有限元分析,分别对海上风电基础加装锥体结构前后的抗冰性能做了对比分析,包括极值静冰荷载下结构变形及强度分析、动冰荷载下结构的振动响应及疲劳分析,结果显示该结构形式具有较好的抗冰设计的效果,分析结果对近海冰区环境下工程结构的抗冰设计及性能分析提供合理的参考依据。

摘要： 明确典型极地半潜式平台钻井立管结构的基本力学特征,采用海冰离散元软件分析慢、中、快冰速下不同水平刚度立管所受的冰载荷及海冰破碎特性。结合已有的柔性窄结构冰载荷模型,发现所研究模型在慢冰速和快冰速下适用于极地钻井立管,但冰速条件不一致。基于ANSYS软件对立管的抗冰性能进行数值模拟,结果表明立管的抗冰性能较差,需要采取抗冰措施。

摘要： 为降低北极海上油气勘探开发成本,迫切需要适合北极作业的海洋工程装备。针对这一问题提出一种可以用于北极海上钻井作业的新型半潜式钻井平台概念。该平台采用6立柱双浮筒形式,平台立柱上部设计为倾斜形式以降低作用在平台上的冰载荷。为保证破碎后的海冰不影响钻井作业,平台设计立管防护装置和锚链防冰装置。分别对平台设计条件、主尺度、系泊系统设计情况进行介绍,并采用商业分析软件对平台在夏季和有冰季节的系泊定位能力进行分析。分析结果表明:该半潜式钻井平台可在北极夏季开阔水域和冬季海面结冰情况下进行钻井作业;平台可在1.0 m厚的海冰作用下保持作业能力,在1.5 m厚的海冰作用下保持自存能力;平台系泊定位能力满足北极钻井作业的要求。

摘要： 冰脊和冰山与极地船体发生碰撞将影响船体结构安全,并决定船体结构设计载荷。船体结构设计应遵循基于风险的设计原则,通常涉及以下极限状态设计准则:1)服务极限状态(SLS);2)最终极限状态(ULS);3)疲劳极限状态(FLS);4)事故极限状态(ALS)。最终极限状态和事故极限状态对应于发生概率极低的船与冰脊作用以及冰山撞击事件,旨在确保船体结构不会完全损毁。然而,对于较低概率水平的冰载荷分析,需进行较大数据量的工况分析,计算耗时无法承受。为此,引入环境等值轮廓方法,来大幅减少冰载荷分析所需工况数量,并给出设计工况最有可能的冰体参数组合方式。结合最终极限状态和事故极限状态,举例说明这一方法的运用方式。环境等值轮廓方法可为现有极地船舶船体结构设计方法提供有效补充。

摘要： 以一艘PC6级的极地邮轮为研究对象,基于BV船级社和IACS的相关要求,在前期还没有全船有限元分析结果的之前,基于BV开发的规范校核软件,对船体中部区域的结构进行规范性校核与评估,尤其是冰区区域的加强.

摘要： 冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method,DEM)--有限元(finite element method,FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动模型.采用具有粘结--破碎性能的球体离散单元描述平整海冰损伤破坏行为,采用梁单元和三角形平板壳单元构造带有抗冰锥体的单桩式风机有限元模型.采用DEM-FEM耦合方法模拟不同冰速、冰厚条件下单桩式风机与平整冰相互作用过程,并且与IEC规范和ISO标准经验公式对比验证该耦合模型计算冰载荷的准确性.对比风机塔筒顶端和基础顶端的位移和加速度响应时程,定性地给出风机结构不同部位振动响应行为差异性.风机不同部位动力特性差异原因为风机结构独特结构特点:下部为大刚度桩基和上部为高柔度塔筒,使其动力特征表现为主从式结构特性."主--从式结构"特征使得结构在复杂的冰载荷作用下,风机塔筒(子结构)和桩基(主结构)表现为不同的响应行为,风机不同部位振动周期和加速度谱两者出现差异.本文研究成果为海上风机抗冰设计和疲劳分析提供了有益参考.

摘要： 针对船-冰碰撞载荷空间分布的演变历程,通过一系列的冰水池模型试验,分别从"整体"与"局部"的角度,对船-冰碰撞载荷沿船体表面的空间移动轨迹,及局部冰压力空间分布形态随时间的变化过程进行了研究.结果表明:船-冰碰撞过程中的冰载荷沿船体外板的整体作用呈现出近抛物线的轨迹;同时,冰压力的局部空间分布也呈现出与冰载荷时程曲线中"峰-谷"循环波动特征相对应的"单-双"高压力区周期性的动态演变过程,极端冰载荷只存在于"单高压力区"型的局部空间分布形态下.基于多个载荷板对船-冰接触轨迹进行覆盖的理念,提出一种移动冰载荷的构建方法.相邻载荷板之间的载荷时程存在重叠以更好地模拟载荷的空间"移动",而各载荷板上的非均布冰压力则通过高斯函数进行拟合.

摘要： 冰区航行时,模拟海冰破坏形式、预报破冰载荷对于船舶安全具有重要作用.本文利用环向裂纹法,研究了船体型线角、冰摩擦系数与海冰失效的相互关系,分析了冰载荷各冰力分量的数学方法,提出了北极海冰失效模式的表达方法.并针对一艘冰区船舶开展数值模拟,给出破冰载荷的时历曲线,并与冰池试验结构进行了对比验证,吻合良好,可作为冰区船舶预报破冰载荷的技术参考.

摘要： 该文根据国外船级社规范,初步探索了一套适用于吊舱结构冰载荷应用分析的计算方法.选取典型吊舱作为计算对象,对两种典型冰况作用条件下的吊舱包结构开展有限元计算工作,验证了本方法的工程适用性.与采用挪威船级社和中国船级社新推荐方法得到的吊舱冰载荷计算结果相比,本方法得到的计算结果没有出现非常离散的情况,差别不大.

摘要： 海冰与锥体海洋结构相互作用过程中,冰载荷和破坏模式是影响结构设计的重要因素.根据冰的破碎特性,采用具有粘接破碎功能的颗粒构成海冰的离散元模型,用于海冰在锥体结构前弯曲破坏模式和随机冰力的数值模拟,以及锥体结构参数对冰载荷影响的研究.本文通过分析海冰分别作用于上锥结构和下锥结构过程中的破碎和清除过程,说明上锥的冰力明显大于下锥冰力的原因.同时研究了水线处锥径对上下锥冰力的影响,锥体结构水线处直径越大,在上下锥产生的冰载荷也随之增大.最后将数值模拟结果与渤海实测结果进行对比,验证了离散元模型的准确性.计算结果表明,离散元模型对锥体结构参数的研究将为冰区海洋平台的结构设计提供有力的依据.

摘要： 本文首先采用有限元法模拟了冰载荷对苏伊士型油船的碰撞过程,分析了冰体碰撞位置、碰撞速度和碰撞角度对船体碰撞损伤的影响.采用逐步破坏法,分析了碰撞损伤船体剩余极限强度的影响.碰撞位置有构件加强时，由于外板的变形受到构件的限制，在连接处会出现严重挤压，导致外板先于碰撞处没有构件加强的工况破裂；撞击速度越大，碰撞力曲线在碰撞初期的振荡就越明显；而撞击角度越大，碰撞力在x轴方向上的分力的最大值也就越大，但碰撞力在z轴方向上的分力则取决于冰体在z方向的撞深和船．冰接触面积两方面的因素。冰体单元的失效会造成碰撞力曲线的小幅振荡；强构件，如平台板、舷侧纵骨等的失效会造成碰撞力上升速度的减缓；而外板的破裂则会导致碰撞力卸载，碰撞力曲线迅速下降。由于舷侧结构的损伤较小，舷侧结构在碰撞后的剩余极限强度与碰撞前相差很小。当碰撞位置处有构件加强时，由于加强构件的损伤较小，剩余极限强度会略大于没有加强构件的情况。

摘要： 基于CCS 2009/2012和IACS规范,分别使用经验公式和有限元方法对冰载荷下螺旋桨叶片进行强度分析,对比分析使用不同规范对同一冰区螺旋桨强度校核的结果.分析水动力载荷和冰载荷对螺旋桨强度的影响.考查了螺旋桨有限元强度计算网格收敛性,对有限元网格大小的选取提出建议.计算结果为某型科考船螺旋桨设计提供参考.

摘要： 船舶在冰区航行时,操纵装置提供的操纵力/力矩需克服作用于船上的冰载荷,才能使得船舶在冰区航道航行或破冰时保持和改变航向,在设计阶段需要考虑船舶冰区中的操纵性能预报与评估.本文针对冰区航行船舶操纵性领域的研究进展,给出了船体与冰相互作用过程,及相应作用力的表达形式;冰区船舶操纵性数值预报的主要模型和方法;已开展的实船和模型试验的研究成果.通过归纳、总结,给出了冰区船舶操纵性的研究方向.

摘要： 松花江每年春季开江形成大量浮冰,导致堤防工程受到不同程度的破坏,严重地甚至穿越堤防.因此,开展松花江干流堤防工程护岸结构优化设计研究是十分必要的.本文针对冰排对堤防结构破坏问题,结合现有冰区护岸结构服役环境特点,提出了一种基于地下连续墙结构的新型半斜坡式护岸结构优化方案,利用ABAQUS软件,开展冰载荷作用下护岸结构的力学性能研究,为季节性冰冻河流新型护岸结构设计及推广应用提供技术参考.

摘要： 位于寒冷海域的海工结构物或冰区航行船舶，冰载荷往往是其控制载荷之一，随着海洋开发事业，特别是海洋油气资源开发事业的迅速发展，各种港口设施和海上结构物相继出现，如何确定海冰对结构物的作用方式及作用力的大小，就显得尤为重要，冰载荷已成为海洋工程和航船等设计的主要控制载荷。本文以小挠度薄板弯曲理论为基础进行冰层应力应变状态的分析研究,提出了冰层在载荷作用下产生的应力应变状态的一般问题,并对该问题进行求解,得到了冰层应力、使冰层产生裂纹的弯矩及冰载荷的值,定性地表达了径向和同心裂纹的产生过程.得到的结论与国外试验中观察到的现象完全一致.

摘要： 为解决各船级社要求的冰区船舶推进轴系瞬态扭转振动计算问题,首先对时域扭振建模方法进行阐述,总结冰载荷作用下的柴油机推进轴系瞬态扭振计算的一般流程,并对计算中的关键技术及影响因素进行探讨.采用Newmark-β逐步积分法并借助MATLAB求解工具,对冰区船舶低速柴油机推进轴系进行瞬态扭振仿真计算,仿真结果表明螺旋桨轴最大扭矩幅值与国外计算报告的相对误差为0.82％,验证了计算方法及程序的正确性,可为冰区船舶柴油机推进轴系瞬态扭振计算提供工程参考.

摘要： 船冰碰撞是一个复杂的动力学过程,本文运用非线性有限元基本理论,在MSC.Dytran平台上建立了30万吨油船以及层冰的三维有限元计算模型.采用普遍使用的弹塑性本构模型分析了碰撞力的大小、船首及内部结构的变形和能量吸收等特性,并讨论此冰区航行船的加强建议.

摘要： 本发明公开一种结合短路电流与冲击载荷的覆冰输电线路脱冰方法，属于电网冰灾防治技术领域，该方法包括以下步骤：对于覆冰的输电线路，首先通入短路电流加热导线，当通入电流时间大于融冰时间t′时，即认为冰层内表面与导线外表面之间产生气隙，此时停止通电并对线路施加冲击载荷，从而致使覆冰脱落。本发明将短路电流融冰与冲击载荷除冰有效地结合在一起，解决了现有输电线路除冰速度慢、除冰率低且除冰位置不可控的问题，大大提高了覆冰输电线路的脱冰效率。

摘要： 本发明公开一种结合短路电流与冲击载荷的覆冰输电线路脱冰方法，属于电网冰灾防治技术领域，该方法包括以下步骤：对于覆冰的输电线路，首先通入短路电流加热导线，当通入电流时间大于融冰时间t′时，即认为冰层内表面与导线外表面之间产生气隙，此时停止通电并对线路施加冲击载荷，从而致使覆冰脱落。本发明将短路电流融冰与冲击载荷除冰有效地结合在一起，解决了现有输电线路除冰速度慢、除冰率低且除冰位置不可控的问题，大大提高了覆冰输电线路的脱冰效率。

摘要： 本发明提供一种极地船舶结构冰载荷的远场测量识别方法，属于载荷监测识别技术领域，用于极地船舶结构冰载荷现场试验。该方法包括应变远场测量和冰载荷远场识别两部分。所述应变远场测量使用电阻应变片测量冰载荷作用区域外的应变，电阻应变片以阵列形式布放于船首、船肩或船尾部舷侧肋骨或纵桁的腹板上，应变信号通过动态应变仪记录、过滤并传输到电脑硬盘中保存；所述冰载荷远场识别为建立冰载荷作用区域外应变与区域内冰载荷之间的真实转换关系，进而准确求解出冰载荷。本发明可通过冰载荷作用区域外测得的应变信号识别出区域内的极地船舶结构冰载荷，具有空间适应性强、反演精度高等特点，在载荷监测识别技术领域具有一定的研究和应用价值。

摘要： 本发明属于海冰测试技术领域，涉及到一种基于剪应变的船艏冰载荷测试系统及识别方法，适用于具有直线型船艏的极地船舶。测试系统中，阵列式电阻应变计与动态数据采集仪连接，动态数据采集仪与服务器连接，进行数据处理，结果通过显示屏显示。其中，阵列式电阻应变计采用双片式剪应变测量方法，由4行、10列应变测点组成。通过冰载荷测试装置对船艏在海冰作用下的应变特性进行测试，再通过冰载荷识别方法将应变信号转换为冰载荷数据。本发明结构简单，使用方便，能够实现船舶在冰区航行中对船艏冰载荷特性的高空间分辨率与高精度识别。

摘要： 本发明公开了一种冰载荷和风载荷耦合作用下的海上风机动力响应分析方法。首先通过建立单桩基础海上风机及塔筒模型，计算风机在不同风速下风载荷及空气动力阻尼；其次进行单桩基础海上风机简化和冰排有限元建模；最后基于LS‑DYNA显式时间积分的非线性有限元法，建立单桩基础海上风机与冰排相互作用的数值模型，同时借助LS‑DYNA软件用户自定义的载荷子程序引入气动阻尼载荷模型，实现冰载荷与风载荷的实时耦合。本发明充分考虑了风载荷和冰载荷的耦合效应，通过建立的单桩基础海上风机与冰排碰撞数值仿真方法，可以实现冰排碰撞与风载荷联合作用下的海上风机结构动力响应和安全性分析，能提高风机动态响应和碰撞力的预报精度，获得更加准确的风机动力响应。

摘要： 本发明属于模型试验技术领域，具体涉及一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置及方法。本发明通过冰槽、升降系统、模型动力系统的布置能较好的模拟结构物碰冰时的实际状况，当冰槽处于平放状态时一层一层的注水制冰，可避免冰层中出现气孔；考虑到结构物与冰碰撞的真实状况，冰槽两端都需开口，则使得模型以一定速度撞向冰面时，另一端冰面无任何约束；通过平板车为试验模型提供不同的速度，平板车上设有用于固定模型的可调节的夹具，可提供不同尺度的模型试验，本发明可较好的模拟结构物与冰真实的碰撞情况，结构简单，节约成本，方便使用。

摘要： 本发明公开了一种冰区船舶全寿期冰载荷风险值预测方法，该方法用于冰区船舶冰载荷预测，属于冰载荷分析计算领域。该方法包括确定计算工况和冰载荷作用区域；输入监测时历数据进行过滤和分析，建立时历数据与预报数据的转化关系；再根据一种ANN(Artificial neural networks)算法建立冰载荷预测模型，进而完成冰载荷在全寿期内的可能发生的风险值的预测。本发明针对冰区不同类型的航行工况和不同冰情，对冰载荷进行强度预测，具有较强的适应性，在冰区船舶个性化设计研究中有一定的应用价值。

摘要： 本发明涉及一种提高抗冰载荷能力的船舶冰带结构分级冗余优化方法，包括步骤如下：根据船舶冰级及设计参数确定舷侧冰带浮冰碰撞载荷；对船体结构进行有限元建模，划分舷侧各级结构层次；各结构层次构件分别在本级内构成板格、板架结构或作为横向框架结构的组成部分；在遭遇外部浮冰碰撞载荷时，应力首先在各级内部构件间进行传递，而后扩展至更高级别构件；基于有限元技术进行结构剩余强度分析，通过关键构件分级迭代损伤法评估舷侧结构冗余度；舷侧冰带结构优化设计，优化目标为：保证载荷工况下，结构损伤不会从低级构件传递到高级构件；对优化后的结构进行剩余强度分析及结构冗余度分析。

摘要： 本发明公开了一种提高抗冰载荷能力的冰区船舶螺旋桨桨叶优化方法，其特点是：通过有限元方法模拟螺旋桨受冰载荷的大小和范围，计算应力分布情况，进行极限强度和疲劳强度分析，迭代修正桨叶设计方案，在避免设计冗余，保证螺旋桨水动力性能的前提下提高桨叶抗冰载荷能力。本发明与现有技术相比，研制周期短、人力物力投入下，技术风险可控，对提高冰区船舶设计质量和航行安全性有重要帮助。

摘要： 本发明公开了一种破冰船船体结构的冰载荷分析建模装置，属于船舶力学技术领域。一种破冰船船体结构的冰载荷分析建模装置，包括底座，模拟船后壁中部对称开设有两个卡槽，固定座顶面相对于空腔后方的位置呈线性等间距开设有多个凹槽，船头前方对称设有两个卡块，船头后壁相对于卡块的位置开设有块槽，卡块顶面后端固设有拨板，块槽顶面相对于拨板的位置开设有板槽，卡块内侧壁与块槽内侧壁之间呈对称结构固设有两个压缩弹簧B，船头后壁中部开设有圆角。本发明可模拟各种船只的航速、重量以及船头的形状，且还可模拟出与船只撞击浮冰的形态，以此在控制变量的情况下模拟进行冰载荷的实验分析，使得实验结果更加真实且多样，实用性强。