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锥体导管架海洋平台冰激振动的DEM-FEM耦合分析及高性能算法 总被引：1，自引：0，他引：1
在寒区海域,冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一,由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应,本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合模型。采用具有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟,通过由梁单元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域中实现了两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模,发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性,将不同冰况下得到的冰荷载与ISO19906和JTS 144-1-2010标准进行了对比。结果表明,计算得到的冰荷载与标准相近,且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同时,从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2 MUQ锥体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据,发现冰速与振动加速度呈线性关系,冰厚与振动加速度呈二次非线性关系,并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。 相似文献
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自升式钻井平台在设计时通常不考虑冰荷载的作用,要实现冰区作业,首先需要对该类平台的抗冰能力进行准确评估。本文通过开展冰池试验,对自升式钻井平台冰载荷作用机理、结构冰激特性以及抗冰方法等进行研究。海洋结构受到的冰荷载大小以及结构响应值与冰厚密切相关,冰激振动机理与冰厚无关,探究不同冰速和冰厚下冰荷载及振动响应的时程曲线,可发现低冰速下结构展现出的准静态响应特征以及高冰速下的随机响应特征。冰激振动的发生是结构固有特性、冰速、冰厚、冰材料参数等因素共同影响的结果,其作用机理尤为复杂,本研究侧重于桁架式自升式平台冰区作业中结构冰激振动特性研究。 相似文献
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冰激振动及冰荷载动力特性的试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
回顾了解决海冰引起结构振动分析方法的要求，通过室内冰力模型试验得出了冰激振动的重要参数－冰力频率，幅值的特性。研究表明，在低冰速时，冰力频率与冰速对冰厚之比呈线性关系；高冰速时，冰力步与冰速对冰厚之比呈现恒定性，文章还根据试验数据以及统计分析，推荐了冰力幅值计算公式和取值范围。 相似文献
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导管架平台安装锥体降低冰振效果研究 总被引：1，自引：0，他引：1
冰荷载是寒区海洋结构的控制荷载.在圆柱结构上安装锥体用以降低极值冰力,这一概念已得到理论与模型实验的验证,但是安装锥体对降低结构冰激振动的效果还没有得到充分论证.首先分析和比较了圆柱结构和加锥结构的交变冰力与冰振响应形式.基于现场原型监测系统的实测数据,无论是圆柱结构和加锥结构都能发生强烈的冰激振动,圆柱结构上的稳态冰激振动最为严重.通过一座单腿圆柱结构加装锥体前后的冰振响应监测和分析,得到安装破冰锥体对降低冰振的实际效果.理论分析和实测数据表明,破冰锥体从根本上避免了冰激结构稳态振动的发生. 相似文献
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针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。 相似文献
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局地海冰数值预测的冰激结构响应计算 总被引：6，自引：0，他引：6
在渤海海冰数值预测的基础上，通过渤海海冰的热力—动力模型，对油气作业区的冰厚、冰速、冰温等海冰参数进行短期数值预测，并以此对海冰的盐度、卤水体积、弯曲强度等海冰物理力学参数进行推算，进而对冰激平台结构响应进行计算分析。以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例，对1999／2000年冬季的冰激结构振动响应进行了预测，其结果与实测情况较为吻合。 相似文献
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应用ANSYS软件建立了平台和冰相互作用的有限元模型,构建了自升式平台的冰激振动模型,并计算基于2种冰力模型的自升式平台的动力响应。此动力分析方法具有建模方便和计算精度高的特点。以某自升式平台为例,计算了冰和平台结构相互作用的耦合效应,为自升式平台冰激振动安全评估提供了参考依据。 相似文献
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A New Model for Ice Forces on A Conical Structure 总被引：1，自引：0，他引：1
The ice force is an important factor to be taken into account for offshore structures in cold regions, and the calculation method of the ice force is meaningful for the offshore structure design. The cone is now used as an optimal ice-resistant structure because it can cause bending failure of the ice sheet. The interaction between an ice sheet and a conical structure is studied in this paper and Croasdale‘s model is modified based on field observations. The newly built model separates the ice sheet into the emersed part and the floating part, and the equilibrium analyses are canied out respectively. The bending moment distribution of the ice sheet is analyzed for the determination of the position of bending failure, which serves as a supplementary restraint. The analytic solution of the ice foree on a conical structure is obtained it is verified with the experimental data of previous researches. 相似文献
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Shi Qingzeng Chen Xing
Professor Dept. of Ocean Eng. Naval Arch Tianjin Univ. Tianjin
Lecturer Dept. of Ocean Eng. Naval Arch. Tianjin Univ. Tianjin 《中国海洋工程》1995,(2)
Spectrum and self-excite characters are the two significant characters of the dynamics of sea ice. The spectrum character of sea ice is mainly shown by the spectrum of ice force. The spectrum character of the sea ice is its intrinsic attributes. When the spectrum of ice force from the dynamic response of ice and structure interaction are evaluated, the effect of dynamic character of the structure must be eliminated. In this paper, the ice force spectrum at Bohai Bay and Liaodong Bay is evaluated from the displacement and strain responses of a single degree and a multi-degree freedom structure. The evaluated ice force spectrum can be used to define the spectrum character of ice in the analysis of ice induced vibration. 相似文献
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A lot of tests on ice forces on vertical cylindrical piles are conducted in the ice basin of ice laboratory in Tianjin University to identify the characteristics of ice forces on fixed platforms in the Bohai Gulf. A function of ice forces is simplified on basis of test data, and the charateristics of the ice forces including the amplitude of the force and the breaking frequency of the ice sheet is detailed by use of the Fast-Fourier-Transform method. The results show that the ice breaking frequency presents a linear relationship with the ratio of ice moving velocity to ice thickness at low velocities. At high velocities, the frequency remains constant with the increase of the ratio of ice moving velocity to ice thickness. These conclusions are compared those published in literature. 相似文献
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基于非线性有限元分析方法和LS-DYNA计算软件,使用黏聚单元法建立层冰的数值模型,并进行了层冰与锥形立柱相互作用的数值模拟,研究抗冰锥角、冰厚等参数对立柱所受冰载荷的影响。模拟结果与实测和试验结果吻合良好。研究结果表明:使用黏聚单元法建立的层冰模型可以较好地模拟出层冰的破碎和堆积过程,冰载荷计算结果与ISO冰力标准结果以及离散单元法计算结果吻合较好;锥形立柱的抗冰锥角大小对冰载荷影响明显,随着锥角增大,水平方向的最大冰力增大而竖直方向上最大冰力减小;锥形结构改变了碰撞过程中层冰的破坏形式;结构物所受冰力大小与层冰厚度呈正相关,且增加速度接近线性。 相似文献
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Ice loads on a ship hull affect the safety of the hull structure and the ship maneuvering performance in ice-covered regions. A discrete element method （DEM） is used to simulate the interaction between drifting ice floes and a moving ship. The pancake ice floes are modelled with three-dimensional （3-D） dilated disk elements considering the buoyancy, drag force and additional mass induced by the current. The ship hull is modelled with 3D disks with overlaps. Ice loads on the ship hull are determined through the contact detection between ice floe element and ship hull element and the contact force calculation. The influences of different ice conditions （current velocities and directions, ice thicknesses, concentrations and ice floe sizes） and ship speeds are also examined on the dynamic ice force. The simulated results are compared qualitatively well with the existing field data and other numerical results. This work can be helpful in the shil3 structure design and the navigation securitv in ice-covered fields. 相似文献
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海冰在结构前的破坏模式以及产生的冰载荷与结构尺度和海冰厚度密切相关。采用海冰离散元方法（DEM）模拟平整冰与直立结构相互作用过程中的海冰破坏模式及整体冰载荷。该离散元方法的计算参数通过与Norstr?msgrund灯塔的现场实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,对不同宽厚比（结构宽度与海冰厚度的比值）工况下平整冰与直立结构作用过程中的海冰破坏模式和整体冰压力进行了离散元分析。模拟结果表明：当宽厚比＜10时,海冰破坏模式主要为挤压破坏;当10≤宽厚比＜30时,海冰混合破坏发生;当宽厚比≥30时,海冰屈曲破坏发生。从海冰断裂长度与平均冰压力两个方面进一步说明了海冰破坏模式的转变过程。最后,构建了直立结构极值冰压力计算公式。研究成果可为寒区直立结构的整体设计提供参考。 相似文献
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当船舶在冰区航行时,螺旋桨会与海冰相互碰撞并导致桨叶的变形和损坏,进而影响船舶的航行安全。为研究海冰与螺旋桨的相互作用过程,采用离散元(DEM)—有限元(FEM)耦合方法构建海冰—螺旋桨切削模型。海冰和螺旋桨模型分别采用具有黏结—破碎特性的球体离散单元和8节点六面体有限单元构造。基于该DEM-FEM耦合模型讨论了不同切削深度下,螺旋桨所承受冰载荷的特点和规律;最后,研究了螺旋桨切削海冰过程中进速系数、推力系数、扭矩系数之间的对应关系,并讨论了海冰—螺旋桨相互作用过程中冰压力、Mises应力和变形的分布特点。以上研究可为寒区船舶安全航行和螺旋桨设计提供有益的参考。 相似文献