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1.
基于广义接触模型的离散元方法及其对船体冰载荷的分析 总被引：1，自引：1，他引：0
冰载荷是影响船舶结构安全的主要环境载荷,因而确定破冰船的冰载荷特征可用于船体结构设计及船舶安全预警分析。海冰作为典型的脆性材料,可采用单元间具有黏结失效效应的离散元方法模拟其破碎行为。为有效地模拟海冰破碎的渐进过程,采用由局部黏结点组成黏结单元的广义接触模型。为分析该模型中直接决定黏结单元失效的强度参数的影响,采用海冰单轴压缩和三点弯曲试验数值模拟进行分析。通过模型试验确定了失效模型中法向黏结强度、切向黏结强度和Mohr-Coulomb准则中的接触摩擦系数的影响。将该数值模型应用于极地科学考察船"雪龙号"的平整冰区冰载荷分析中,并与船舶整体冰阻力经验公式进行了对比验证。 相似文献
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船舶在冰区航行中,冰荷载是船舶结构设计和安全航行的重要影响因素。采用具有黏结破碎特征的离散单元法对船舶在平整冰区的航行过程进行了数值分析。在船舶破冰过程的离散元模拟中,平整冰由球形颗粒黏结而成,同时考虑了海水浮力和拖曳力对海冰单元的作用,颗粒间的黏结作用可在海冰与船体的相互作用过程中发生破碎;船体由三角形单元构造,分析了在海水浮力、推进器推力及海冰共同作用下船体的六自由度运动特性。通过船体与海冰相互作用的离散元分析,确定了船舶在破冰过程中海冰作用在船体上的冰荷载,探讨了船舶推进器推力和海冰厚度对冰荷载的影响,并与Lindqvist船体冰阻力经验公式进行了对比。 相似文献
3.
锥角对锥体结构抗冰性能影响的离散元分析 总被引：1，自引：1，他引：0
在寒区海洋工程中,锥体海洋结构的尺寸参数对其破冰性能具有重要影响。采用具有黏结-破碎功能的离散元方法模拟海冰与锥体结构的相互作用过程中海冰的破坏模式及冰载荷分析。该离散元方法的计算参数通过与渤海油气平台的实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,当设计海域的潮差固定时,对不同锥角下风电单桩锥体结构的冰载荷和海冰破坏模式进行了离散元分析。计算结果表明:锥体冰载荷随锥角的增大而增大,海冰的平均断裂长度则随锥角的增大而减小;当锥角小于70°时海冰的破碎模式主要为弯曲破坏,而当锥角大于70°时海冰破坏模式则主要为挤压破碎。以上研究结果可为冰区海上风电单桩结构的抗冰锥设计提供参考。 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
5.
海冰动力学过程的数值模拟 总被引：41，自引：11，他引：30
讨论了海冰动力学性质并阐述决定海冰漂移的动量平衡,冰脊和水道形成及确定冰应力与形变、强度之间关系的海冰流变学.提出了模拟海冰动力学过程的数值模式,模式中冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰3种要素表示.在这3要素的预报方程中引入形变函数,采用一种参数化方法模拟冰脊和水道.为了表示冰内相互作用,将海冰作为一种非线性粘性可压缩物质,采用粘-塑性本构关系.本文还概述和讨论了模式中所采用的数值方法,应用此模式模拟了渤海、波罗的海的波的尼亚湾和拉布拉多海的冰漂移.渤海冰漂移模拟结果明显地显示出潮周期变化,还模拟了渤海的冰脊和水道,进行了海冰流变学参数的敏感性试验.并将此冰模式与大气模式和边界层模式联接,给出渤海海冰预报结果. 相似文献
6.
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
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海冰动力过程的改进离散元模型及在渤海的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
海冰的断裂、重叠和堆积等离散分布特性广泛地存在于极区和副极区的不同海域,并对海冰的生消、运移过程有着重要影响。针对海冰在不同尺度下的离散分布特点,发展海冰动力过程的离散元方法有助于完善海冰数值模式,提高海冰数值模拟的计算精度。为此,本文针对海冰生消运移过程中的非连续分布和形变特性,发展了适用于海冰动力过程的改进离散元模型(MDEM)。不同于传统离散元方法,该模型将海冰离散为具有一定厚度、尺寸和密集度的圆盘单元。海冰单元设为诸多浮冰块的集合体,其在运移和相互接触碰撞过程中,依照质量守恒发生单元尺寸、密集度和厚度的相应变化。基于海冰离散性和流变性的特点,该模型采用黏弹性接触本构模型计算单元间的作用力,并依据Mohr-Coulomb准则计算海冰法向作用下的塑性变形及切向摩擦力。为验证该模型的可靠性,本文对海冰在规则水域内的运移和堆积过程进行了分析,离散元计算结果与解析值相一致;此外,对旋转风场下海冰漂移规律的模拟进一步验证了本文方法的精确性。在此基础上,对渤海辽东湾的海冰动力过程进行了48h数值分析,计算结果与卫星遥感资料和油气作业区的海冰现场监测数据吻合良好。在下一步工作中将考虑海冰离散元模拟中的热力因素影响,发展具有冻结、断裂效应的海冰离散元模型,更精确地模拟海冰动力-热力耦合作用下的生消和运移过程。 相似文献
8.
在寒冷地区,海冰在核电站取水结构物前的堆积会对取水口造成阻塞和损坏,进而影响核电设备的正常运作。以红沿河核电站的取水设施为例,综合考虑该工程海域冰区特点及风和流的作用等因素。建立了海冰的离散元模型,用于模拟海冰在结构物前的堆积和破坏过程。该离散元模型由规则排列的球体颗粒构成,颗粒间采用平行黏结模型进行黏结。考虑了海冰的平均尺寸、密集度及流速三个因素对海冰堆积过程的影响,对海冰堆积高度进行预判。其中,堆积高度随海冰的密集度和流速的增大而增大,而海冰的平均尺寸对堆积高度没有明显影响。分析结果表明,离散元数值模拟可用于评估和预测取水工程中海冰堆积造成堵塞的风险。 相似文献
9.
由于重叠冰厚度较大,给冰区海洋运输以及海洋生产作业等带来较大影响,为了得到科学客观的重叠冰厚度,需要对重叠冰的形成条件进行深入研究。利用理论分析和数值模拟方法,分析了波浪、风和流对渤海海冰重叠的影响。通过理论计算分析发现,波浪是导致海冰断裂的主要因素;采用离散元方法对海冰重叠过程进行了数值模拟,模拟结果表明海冰在外界动力作用下,海冰初始发生屈曲变形断裂,随后产生重叠。综合分析表明,海冰在同时具备波浪的垂向波动作用以及风或流水平作用力下,冰层比较容易发生重叠,波浪对海冰重叠的作用不可忽略,海冰的重叠长度取决于风和流作用的大小,其作用力越大,重叠长度越大。 相似文献
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海冰的动力-热力过程的数学处理 总被引：28，自引：0，他引：28
本文叙述海冰模式中动力-热力过程的数学处理。模式将冰作为一种粘性-塑性流体,引入热力增长函数和变形函数表示气-冰、气-冰-水相互作用,冰脊和水道等对海冰热力和动力学过程的作用。讨论了冰模式中参数化的问题。 相似文献
11.
《Oceanologica Acta》1999,22(5):487-498
We present series of data describing the small-scale structure of the boundary layer stratification in the vicinity and away from a 1.5 m pressure ridge keel. We then analyze the influence of pressure ridges on the spatial and temporal variability of the ocean boundary layer. Our experiment was done during the melt in order to use small-scale salinity gradients to study the variability in intensity of mixing processes. High-resolution salinity records sampled at 0+, 25 and 50 cm from the ice-water interface were analyzed at two stations, one at 5 m and the other at 75 m from a pressure ridge keel. We observed that, in the immediate vicinity of the ridge, melting is associated with the periodic development and dissipation of a melt layer in relation with the orientation of tidal currents relative to the ridge. In contrast, away from the region under the sheltering influence of the ridge keel, the boundary layer did not show any evidence of stratification during the whole experiment. Data recorded in the vicinity of the ridge are then used to compute eddy diffusivity coefficients for sheltered and non-sheltered events. The observation of a stable melt layer in the vicinity of a ridge keel confirms that pressure ridges drastically modify the dynamics of vertical exchanges in their wake. Besides, our data show a significant spatial and temporal eddy diffusivity variability with a factor 10 between sheltered and non-sheltered areas. Thus, considering that ridges and rubble fields form a substantial fraction of ice-covered areas, our results suggest that effects in their wake may be important in the global budget of ocean-ice exchanges. 相似文献
12.
冰脊间遮掩作用对冰?水拖曳力影响的实验研究 总被引：1，自引：1，他引：0
为定量研究多冰脊之间的尾流遮掩作用对海冰漂移运动的影响,物理模型试验（试验有限水深为0.45 m）测量了多冰脊拖曳力的衰减变化。冰脊模型选用底角为45°的等腰直角三角形,选取了4种入水深度、9种冰脊间距进行测量。试验得到了前后冰脊拖曳力及其比值在尾流遮掩情况下的变化规律。前冰脊拖曳力与单冰脊情况一致,与冰脊速度的平方保持线性关系;而后冰脊在间距较小时出现了反向拖曳力,随冰脊间距的增大,后冰脊拖曳系数先减小再增大至不变。前后冰脊拖曳力比值的变化规律可以用指数遮掩函数来描述,该遮掩函数与冰脊间距和入水深度有关而与流速无关。通过与现有海冰模式中的遮掩函数对比,研究结论增强了该指数公式的适用性,加强了对海冰动力学模式中遮掩函数的理解。 相似文献
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- Usually, the action of sea ice on offshore engineering structures is one of the controlling loads in cold waters engineering structure design. The reasonable selection of environmental condition and the physical mechanical properties of ice in the region are directly related to the structure design, operation and safety. In this paper, the sea ice force acting on the structure, the physical mechanical properties of ice and the selection of parameters in calculation are discussed. Some suggestions are proposed as to the calculation of various kinds of ice loads acting on the structure. 相似文献
14.
Numerical simulation for dynamical processes of sea ice 总被引：1，自引：0，他引：1
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｄｙｎａｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｓｅａｉｃｅＷｕＨｕｉｄｉｎｇ，ＢａｉＳｈａｎ，ＺｈａｎｇＺｈａｎｈａｉａｎｄＬｉＧｕｏｑｉｎｇ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＭａｙ１６，１９９６；ａｃｃｅｐｔｅｄＪａｎｕａｒｙ... 相似文献
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卤水体积和应力速率影响下海冰强度的统一表征 总被引：1，自引：1，他引：0
无论在地球物理尺度下研究海冰的动力学演化特性,还是在工程结构尺度下分析海冰与海洋结构物的相互作用过程,海冰强度均是影响海冰宏观变形和细观破坏规律的重要力学参数。本文通过对渤海海冰物理力学性质的现场和室内试验,分析了海冰压缩、弯曲和剪切强度参数与卤水体积、应力速率的对应关系。试验结果表明,海冰强度与卤水体积更好地呈指数关系,与应力速率呈线性关系;在此基础上,本文建立了由卤水体积和应力速率共同表征的海冰强度统一函数关系,为工程领域对海冰强度的选取提供有力的参考依据。 相似文献
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WANG Weiguo 《海洋学报(英文版)》2011,30(5):125-140
The ridge like seafloor highs with various geological origins can be classed into mid-ocean ridges,transverse ridges related to transform faults,hot spot/mantle plume originated ridges,microcontinent rifted from major continent,intra-plate arc formed by interaction of two oceanic plates,and tectonic ridges uplifted by later tectonic activity.Those ridges moved towards the convergent continental margins along with the underlain plate drifting and formed so-called accreted ridges commonly trending at a high angle to the continental margins.At divergent continental margins,the continental crusts were extended and thinned accompanying with magmatism,which formed high terrains protruding or parallel to the coastal line.The ridges worldwide have various origins and the crustal thicknesses and structures of them are diversity.The crusts beneath the microcontinents,and the transverse ridges along the transform margin,and the seafloor highs beside the passive continental margins are continental,while the crusts of other ridges are oceanic.Article 76 of the United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS) has classed the seafloor highs worldwide into three legal categories,namely oceanic ridges,submarine ridges and submarine elevations,for the purpose to delineate the outer limit of the coastal States’ continental shelf beyond 200 nautical miles.To define the categories of the legal seafloor highs to which the ridges with various geological origins belong,the continuities in morphology and geology including the rock types,crustal structures,origins and tectonic setting of the ridges and the coastal States’ land mass with its submerged prolongation should be taken into account.If a ridge is continuous both in morphology and geology with the coastal States’ land mass and its submerged prolongation,it is a submarine elevation stipulated in Article 76.If it is discontinuous in morphology,the ridge should be regarded as oceanic ridges.If a ridge is continuous in morphology but discontinuous in geology with the coastal States’ land mass and its submerged prolongation,then it is a submarine ridge as stipulated in Article 76. 相似文献
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Numerical sea ice prediction in China 总被引：5，自引：2，他引：3
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｅａｉｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａＷｕＨｕｉｄｉｎｇ,ＢａｉＳｈａｎ,ＺｈａｎｇＺｈａｎｈａｉ１（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｅｐｔｅｍｂｅｒ１２,１９９６;ａｃｃｅｐｔｅｄＪｕｎｅ５,１９９７）Ａｂｓｔｒａｃｔ──Ａｄｙｎａｍｉ... 相似文献
18.
《Ocean Modelling》2002,4(2):137-172
A new sea ice model, GELATO, was developed at Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) and coupled with OPA global ocean model. The sea ice model includes elastic–viscous–plastic rheology, redistribution of ice floes of different thicknesses, and it also takes into account leads, snow cover and snow ice formation. Climatologies of atmospheric surface parameters are used to perform a 20-year global ocean–sea ice simulation, in order to compute surface heat fluxes from diagnosed sea ice or ocean surface temperature. A surface salinity restoring term is applied only to ocean grid cells with no sea ice to avoid significant surface salinity drifts, but no correction of sea surface temperature is introduced. In the Arctic the use of an ocean model substantially improves the representation of sea ice, and particularly of the ice edge in all seasons, as advection of heat and salt can be more accurately accounted for than in the case of, for example, a sea ice–ocean mixed layer model. In contrast, in the Antarctic, a region where ocean convective processes bear a much stronger influence in shaping sea ice characteristics, a better representation of convection and probably of sea ice (for example, of frazil sea ice, brine rejection) would be needed to improve the simulation of the annual cycle of the sea ice cover. The effect of the inclusion of several ice categories in the sea ice model is assessed by running a sensitivity experiment in which only one category of sea ice is considered, along with leads. In the Arctic, such an experiment clearly shows that a multicategory sea ice model better captures the position of the sea ice edge and yields much more realistic sea ice concentrations in most of the region, which is in agreement with results from Bitz et al. [J. Geophys. Res. 106 (C2) (2001) 2441–2463]. 相似文献