航道碎冰条件下极地船舶冰压力分布特性

[目的]为研究船舶与碎冰作用过程中船体冰压力的分布情况,对航道碎冰条件下的极地船舶进行数值模拟分析。[方法]采用离散元法(DEM)对船舶与碎冰进行建模,假设碎冰是由理想的二维圆盘构成,并考虑海流对碎冰单元的浮力、拖曳力及附加质量的影响;利用MT Uikku号冰水池模型试验结果对数值模型进行验证,对比分析不同航速和冰况对船体区域冰压力的影响。[结果]结果显示,当船舶在航道碎冰中运动时,冰载荷主要集中在船首;船首区域的冰压力随冰厚、航速和碎冰密集度的增加而增大,其中冰厚是影响冰压力幅值最大的因素;碎冰区航行船舶的首部区域冰压力影响最大,船首过渡区冰压力影响显著。[结论]所提数值分析方法可为极地船舶安全航行和结构设计提供一定的参考。

直立宽大结构局部冰压力幅值研究

为了明确极区直立宽大结构局部冰压力幅值及压力面积曲线的影响因素,本文首先对ISO 19906规范中的局部冰压力计算方法进行了分析,发现其局限性较大。其次,基于离散元方法模拟不同海冰条件与多种尺度结构的相互作用,发现局部冰压力幅值随冰厚的增大而明显增大,随结构宽度的增大而减小;局部冰压力幅值及其标准差随宽厚比的增加而减小,表现出明显的尺寸效应。最后,采用方形区域平均法研究了冰厚和宽度两种尺寸因素对压力-面积曲线参数的影响,选取某种相似工况与ISO规范进行对比。验证了离散元模拟方法处理局部冰压力-面积曲线的合理性,可为平台的抗冰性能分析和结构设计提供一定依据和参考。

冻土/岩的液相吸力与固相冰压作用机制

为研究冻土/岩内液相吸力和固相冰压在冻结过程中的作用机制,首先根据热力学基本原理,统一了不同边界条件下的理论冰压方程;然后,联立广义Clapeyron方程和Gibbs-Thomson方程,在阐释液相吸力和固相冰压物理意义基础上,给出了弯曲界面液相水的冻结温度方程;最后,将冻结温度方程引入冻结毛细管模型,将液相吸力方程代入达西定律,分别对固相冰压和液相吸力作用机制进行验证。研究表明:(1)平衡状态下的理论冰压仅与温度线性相关,与边界条件无关;(2)液相吸力来源于理论吸力与固相冰压抵消因子之差,为水分迁移统一驱动力,当固相冰压趋近于理论冰压时,液相吸力趋近于0;(3)固相冰压为绝对压力,可抵消液相吸力,而液相吸力为相对吸力,不可抵消固相冰压;(4)孔隙内的总压力仅为固相冰压,在毛细管冻结时,可达到平衡状态下的理论冰压,故遵循冰压法分凝冰形成机制。研究结果揭示了冻土/岩的液相吸力与固相冰压作用机制,对完善现有冻胀理论具有较高的理论价值和科学意义。

挤压失效模式下冰压分布特征的试验研究

为探明宽大结构局部冰压特征,本文采用塔形框架加载装置和分布式压力传感器研究模型冰挤压失效模式下的冰压演化行为。结果表明,冰的非同时破坏进程可引起冰压显著的集中效应和随机效应,基于“事件-最大值”法提取冰压-加载面积特征点并对其进行指数分布包络拟合,统计典型超越概率下冰压-加载面积函数关系,形成对冰压分布及概率特征的数学表达。本文研究结果可为宽大结构冰压设计提供参考。

渤海导管架平台桩柱冰压力随机过程模型及其参数确定

首先分析了冰压力随机过程的特征及其产生机理，从而按冰的破坏形式将冰压力随机过程分为挤压破坏过程、屈曲破坏过程和弯曲破坏过程。从渤海海冰对平合桩柱作用大量实测冰压力曲线中选取３７条典型的冰挤压破坏时程曲线，经谱分析确定了相应冰压力随机过程的谱密度及其谱参数；进一步经统计分析，建立了谱参数与冰厚的关系；在此基础上，建立了绕圆桩柱的冰压力随机场模型，并利用大量实测数据，经统计回归分析，确定了场函数的具体表达形式，由此用冰压力随机场可以容易地确定圆桩柱的总冰压力随机过程及其谱密度。

河冰对桥墩作用的冰荷载计算方法(Ⅱ)——冰压力计算公式

在松花江河冰力学性能试验和流冰动压力测量的基础上,回顾了国内外目前有关冰-结构相互作用与冰荷载计算的主要方法和公式,并通过黑龙江省流冰长期观测数据的统计分析,提出了适合我国国情的冰荷载计算方法,可供工程部门参考使用。

冰区航行中船体结构冰压力分布特性的离散元分析

冰区船舶表面冰压力分布规律是其结构安全预警和冰载荷监测的重要辅助信息。本文采用基于GPU(Graphics Processing Unit)并行和粘结-破碎模型的离散元方法模拟平整冰在不同冰况条件下的破碎过程,进而获得船体结构表面的冰压力分布和大小。在冰压力的计算中,考虑时间上的累积效应,即累积最大值和累积平均值,从多个角度分析了船体结构表面的冰压力危险区域和冰压力分布特性。通过船体结构直行破冰的离散元模拟,分析了船体结构的总体冰载荷和局部冰压力。为验证本文方法在船体结构冰压力分析中的可靠性,根据冰载荷的IACS规范计算了船体结构与大块浮冰自由碰撞过程,对比分析了碰撞点上的冰压力。计算结果表明,离散元计算结果与规范对比误差保持在6.7%~18.1%之间。本文方法为冰区船舶的设计研发提供了可靠的分析手段,其计算结果可为船体结构的冰区航行安全预警和冰载荷监测提供合理的辅助决策信息。

基于断裂力学的水库冰板挤压破坏冰压力计算方法

为了给寒区水库护坡抗冰冻设计提供依据,以冰板为研究对象,考虑冰板的破坏特征、性质及冰板形成过程中存在的大量缺陷,应用断裂力学理论研究冰板的挤压破坏极限应力,据此确立冰压力的计算方法。算例计算结果表明:冰板挤压破坏具有脆性特征,冰压力随着冰厚的增加而增大;在冰厚相同条件下,冰压力计算值与标准值和实测值基本吻合;冰压力计算公式能够反映冰压力形成过程的物理本质,符合实际情况。

平原水库静冰压力推坡计算

本文进行了冰压力推坡计算研究,即在冰推力下,堤坝护坡结构强度校核问题,采用不同方法计算了冰压力的推坡作用,给出了计算实例.

作用于平台桩腿的海冰屈曲破坏冰压力随机过程模型及其参数确定

冰对结构的作用过程是典型的随机过程。本文在冰压力过程为平稳过程的假设下，从渤海海冰对平台桩腿作用的大量实测冰压力数据中，选取了２１条冰屈曲破坏时的冰压力时程曲线，对它们进行谱分析后，得到了单点冰屈曲破坏的压力随机过程的谱密度，并确定了谱参数及其跟环境要素的关系，依据文献［１］中冰压力沿圆柱面的空间分布，建立了绕桩腿的冰压力随机场模型，并得到了作用于桩腿的总冰力随机过程及其谱密度。

基于双光纤光栅的冰压力传感器研究

冰压力是高纬度地区结构的重要荷载,然而传统的基于电阻应变计开发的冰压力传感装置在稳定性与耐久性上遇到难以跨越的难题。光纤光栅是目前在智能材料系统与结构健康监测研究与应用最为广泛的敏感材料之一,具有分布式绝对测量、抗腐蚀能力强等优点。本文基于双光纤光栅应变测量原理,考虑冰压力测试装置的环境条件,设计开发出冰压力传感装置,详细推导和试验验证了该装置的传感特性,并将试验与理论结果进行了对比。研究结果表明该装置具有温度自补偿、测量值与荷载作用点无关、线性度和重复性好、精度较高等优点,具有良好的应用前景。

冰压危害毛竹林的调查研究

冰压危害对毛竹(Phyllostachys pubescens)生产是十分严重的,根据32年气象资料,结合危害期的实况,进行综合分析,笔者认为,影响危害程度的主要因子是竹林群体结构不合理。所以,坚持科学管理,调正竹林合理结构,是防止冰压危害的主要技术措施。

江西毛竹林冰压灾害后恢复重建技术措施与建议

本文分析了江西毛竹林冰压灾情特点,划分了冰压灾害等级,对受灾竹林灾后恢复重建提出了相关技术措施,并对促进竹产业的发展提出了有关建议。

关于护坡极值冰压力分析的几个基本问题

讨论了关于水库护坡极值冰压力分析的几个基本问题,即主导的控制机理、破坏准则和破坏模式。通过定性分析说明了极值冰压力由冰盖极限承载力控制;将最大冰压力产生的典型条件和冰的材料力学性质进行对比,论证了冰盖的极限破坏由断裂准则而不是强度准则主导;通过原型冰模拟试验确认了冰盖的主导破坏模式是蠕变屈曲而不是压缩断裂。这些研究为发展应用断裂力学预测冰压力的新方法奠定了基础。

冰压毛竹林分恢复重建技术

分析江西毛竹林冰压灾情严重的主要原因及灾情特点,划分立竹受灾等级及林分灾情等级,对受灾竹林当前的清理、培护和灾后竹林恢复重建提出相关技术措施,对促进竹产业的发展提出建议。

冰压力对太平哨大坝闸门和闸墩的影响与破坏

太平哨大坝由于静冰压力的作用,使闸门多次上抬开启和弯曲变形,并在闸墩侧面发现垂直裂缝,已影响大坝安全运行,进行补强加固和采取防冰措施。

寒区渠道冰压力对护坡作用的研究

目前关于静冰压力的研究多集中于水库工程,对冬季存水渠道的冰压力作用规律鲜见研究。针对寒区大型渠道冬季存水结冰问题,采用原位观测法对渠道冰压力展开了研究,并分析了冰压力分布与发展以及对护坡作用的规律。

桥梁设计冰压力计算公式的分析

在分析国、内外冰压力计算方法的基础上,结合呼玛河及黑龙江省目前现有的河水资料,通过呼玛河冰力学性能试验、流冰撞击力现场试验及ANSYS数值模拟分析的方法,考虑流冰撞击力的各项影响因素,探讨了黑龙江省桥梁设计中冰压力计算方法,并给出相应的建议。

冰情分析与冰压力计算

寒冷地区在冰冻期、河流、湖泊、水库的冰盖厚度随负气温的增长而增厚,在气温回升时期,冰盖受热膨胀产生静冰压力,将会危及土坝护坡、进水塔、桥墩等建筑物的安全。文章阐述了冰情现象与冰压力的计算方法。

平原水库冰温和冰压力观测

介绍用电阻应变温度计和钢弦压力计进行平原水库冰温、冰压力观测的方法和初步成果 ,可供从事水库工程设计、管理的工程技术人员参考。