平整冰推挤抗冰结构物的数值模拟和作用规律研究

冰海结构物通常装备抗冰锥等倾斜面的抗冰结构物,用来减小平整冰移动产生的推挤载荷。平整冰推挤载荷是冰海结构物的重要设计技术指标,准确模拟平整冰推挤结构物的载荷特征和破碎冰堆积形态等规律具有重要意义。本文采用FEM-SPH耦合方法和有限元法分别模拟了平整冰推挤抗冰锥结构的过程和现象,分析了抗冰锥水线面直径对碎冰堆积形态及推挤载荷的影响规律。研究表明,与有限元法相比,FEM-SPH耦合方法不仅可以准确预报平整冰推挤结构的动态载荷,还可以直观再现破碎冰的堆积现象,有助于理解和分析平整冰与结构物的相互作用规律。本文的FEM-SPH耦合算法模型和分析结论可为研究和设计冰海结构物提供参考。

导管架平台隔水套管区域流场数值模拟分析

考虑到局部流场是控制和决定流冰在隔水套管区内运动形态的关键因素,使用FLUENT软件,对渤海浅水重冰区某导管架平台的隔水套管区内的流场进行数值模拟,统计可能发生碎冰滞留的区域分布比例,并根据不同入流方向进行评估,结果表明,隔水套管区内局部流场的滞留效应是导致碎冰堆积的主要诱因。

基于黏聚单元法的圆柱结构与层冰作用数值模拟

针对破碎海冰块体在水中所受的浮力和阻力,提出了一种基于LS-DYNA二次开发的水作用简化模型,模拟水对海冰的浮力和阻力,生成水作用求解器。采用黏聚单元法构建层冰数值模型,利用该求解器对圆柱与层冰的相互作用进行数值模拟。在此基础上,以圆柱直径、碰撞速度和海冰冰厚为变量,分析其对水平冰力的影响,并对不同速度下碎冰堆积力占水平冰力的比值进行统计。结果显示,用开发的水作用求解器模拟的破碎海冰漂浮堆积现象与试验比较符合,水平冰力与圆柱尺寸、圆柱碰撞速度和冰厚均成正相关,计算结果与规范公式吻合较好。随碰撞速度的增加,碎冰堆积力的占比增加,层冰破坏力依然为水平冰力的主要成分。