發(fā)布時間：2020-11-16 00:27

　　 隨著人類對河流及海洋的開發(fā)和利用,水工及海工建筑物面臨的冰害問題日益凸現(xiàn),其中作為控制因素的冰荷載的確定也成為人們首先重視的問題之一。本文通過采用非線性接觸有限單元法與單元生死法相結合進行數學分析與冰力模型試驗相結合的方法,探索作用在結構物上冰荷載的數學分析方法。 文中首先概要地介紹了數學分析所涉及的海冰物理力學性質,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的概念,使用大型通用有限元軟件ANSYS建立海上結構與冰相互作用的數學計算模型,分別對斜面和垂直面結構與冰排作用過程進行模擬。同時以冰與結構作用的冰力模型試驗數據為參照,通過數學模型計算結果與模型試驗數據進行對比性分析,對數學模型進行調整和改進,并經過模擬計算得到了作用于結構物上冰載荷的較理想結果。 通過理論分析和試驗研究相結合,證明數學分析方法的研究與探討具有可期望的前景。隨著工作的進一步深入,建立一種簡易、可行、經濟的數學分析的方法運用于確定海工及水工結構物冰荷載是可以實現(xiàn)的。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：P731.15
【部分圖文】：

為與結構作用重要介質的冰的物理力學性質是在數學分析中建要方面和依據。作為控制冰排破壞的參數——冰的擠壓強度和彎標也將作為判斷單元生死的準則。在本章將對物理力學性質所涉詳細的介紹。冰的結構是一種晶體材料。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，需要破壞的分子結合點的數目明顯少移時的情況。這說明當冰的晶格有序排列時，冰的變形和強度是

關注的是第一種作用方式，即大面積冰層整體移動時對結構物產生的作用力以及因此而引起的振動。當運動的冰排受到結構物阻攔時，對結構物產生的作用力隨冰排的運動而逐漸增大，當增至足夠大時，冰排自身破壞，它對結構物的作用力也隨之達到極值。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構物作用的模式、過程和作用力的大小。通常情況下，移動的冰排在結構物前可能產生的破壞類型有[11]：（l）擠壓破壞，如圖 2-2(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 2-2(b)所示，大面積冰排與海工結構物接觸，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 2-2(c)所示，當冰排的剪應力達到強度極限時，產生與運動方向平行的裂縫，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 2-2(d)所示，當冰排與具有一定坡度的結構物相接觸時，形成受彎的梁或板，最終因彎曲而破壞。

形較大的韌性破壞；當加載速率很快時，沒有時間讓冰晶體沿邊界充分滑移，一旦出現(xiàn)裂縫就馬上破壞，這時冰表現(xiàn)為變形較小的脆性破壞；當冰既可能發(fā)生韌性破壞又可能發(fā)生脆性破壞時，此時的冰處于韌脆轉變區(qū)。圖2-3是某結冰海區(qū)S型冰的cσ -ε 試驗曲線。從圖中可以看到，在韌性區(qū)時，cσ 隨著ε 的增加而增大；在脆性區(qū)時，cσ 隨著ε 的增加而急劇減��；在韌脆轉變區(qū)時，cσ 達到最大值。圖 2-3 冰擠壓強度cσ 與應變速率ε 的關系在海冰試樣與冰溫關系的試驗研究中發(fā)現(xiàn)：海冰的溫度越高，抗壓強度越小，若溫度驟然升高，抗壓強度一般會減小 50％以上。鹽水體積對海冰的抗壓強度也有很大的影響。隨著鹽水體積的增大，海冰的抗壓強度降低。因為，鹽水體積增大表明海冰中含有的鹽分增多，海冰內的原始微裂縫就增多。根據海冰破壞的裂縫擴展理論
【相似文獻】

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3 陸建輝;隨機波浪載荷激勵下海洋平臺振動控制技術研究[D];中國海洋大學;2004年

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3 齊念;冰激橋墩振動模型試驗研究及冰荷載的識別[D];大連理工大學;2009年

4 王羽;冰的韌脆轉變行為研究及其工程應用[D];大連理工大學;2008年

5 陳巨斌;冰的韌脆轉變行為研究及應用[D];大連理工大學;2006年

6 沈照偉;非凍結合成模型冰及其工程應用[D];大連理工大學;2000年

7 杜小振;冰致柔性直立結構振動的動冰力研究[D];大連理工大學;2003年

本文編號：2885394