海上风机动冰力模型试验相似律研究

相似律在模型试验中发挥着非常重要的作用,虽然目前静冰力模型试验的研究比较全面,但还没有一个完整适用的动冰力相似律作为动冰力模型试验基础。本文针对冰激结构振动中动冰力模型试验相似律,基于弹性相似与柯西(Cauchy)相似的联合相似准则,提出了两种动冰力相似律。建立并改进了能够反映冰与结构水平相互作用的相互作用系数。以NREL5MW单桩海上风机为例,通过是否考虑截面弯曲刚度相似分别给出了两种海上风机在海冰作用下原型与模型的相似关系。利用ANSYS/LS-DYNA有限元方法对原型和模型风机进行数值模拟并开展海冰作用下结构的动力响应分析。根据计算结果,基于不同冰厚的冰-海上风机相互作用分别对提出的两种动冰力相似律进行验证,并对两种相似律进行对比。结果表明,后者考虑了弯曲刚度相似虽然可以优化管壁厚度比尺,为模型加工提供方便,然而模拟精度不如前者。研究成果可为寒冷海域冰力模型试验的研究提供理论参考。

原型结构冰荷载测量方法研究

冰荷载是寒区工程结构的控制荷载。利用现场的抗冰结构进行原型冰荷载研究,不存在模型试验的相似性等问题,是获得真实冰荷载的重要手段之一。但是由于现场条件、测量技术及经费等因素的限制,要想获取比较完备的冰荷载信息也是比较困难的。特别是原型冰荷载的测量技术与方法不是很成熟,直接影响着冰荷载的测量结果及相关研究。国际上对原型冰荷载测量方法的讨论也不多,因此本文对原型冰荷载测量的方法进行了研究,其中包括直接冰荷载测量技术与间接冰荷载测量技术。利用渤海的抗冰导管架平台,在现场开展了直立结构及锥体结构的直接冰荷载测量和间接冰荷载测量工作,并基于监测数据对实测冰荷载时程信息及极值静冰荷载情况进行了对比分析。本工作为冰荷载相关问题研究积累了大量宝贵的现场实测数据。