發(fā)布時(shí)間：2021-06-22 11:12

　　2022年冬奧會(huì)期間,國(guó)家游泳中心比賽大廳將通過(guò)可轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與制冰系統(tǒng)的拆裝實(shí)現(xiàn)“水”、“冰”功能轉(zhuǎn)換,滿足北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)冰壺和輪椅冰壺賽事需求。冰壺比賽過(guò)程中冰面不開(kāi)裂是轉(zhuǎn)換冰場(chǎng)建設(shè)的一項(xiàng)重要指標(biāo),這就需要對(duì)冰層自身受力性能進(jìn)行深入研究。本文主要針對(duì)冰層在使用荷載作用下的受力模式、應(yīng)力計(jì)算模型和計(jì)算方法等方面系統(tǒng)進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)際的冰場(chǎng)形式和冰上荷載形式,利用有限元分析軟件ABAQUS模擬分析,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行理論分析,分別采用第一強(qiáng)度理論、塑性應(yīng)變區(qū)法及摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論公式三種不同的理論進(jìn)行分析,確定裝配式冰場(chǎng)及傳統(tǒng)冰場(chǎng)冰面的主要破壞形式。裝配式冰場(chǎng)冰面以受彎破壞為主,傳統(tǒng)冰場(chǎng)冰面以受壓破壞為主。因?yàn)檠b配式冰場(chǎng)冰面以受彎破壞為主,故提出冰場(chǎng)人工冰面最大彎曲拉應(yīng)力的理論計(jì)算公式。人工冰面可以看成是彈性地基上的薄板,浮托于擠塑板之上,冰面厚度與長(zhǎng)度、寬度之比較小,冰場(chǎng)人工冰面的最大彎曲拉應(yīng)力可以用彈性地基上的薄板理論進(jìn)行求解。結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及規(guī)范,提出冰場(chǎng)人工冰面最大彎曲拉應(yīng)力的理論計(jì)算公式,并與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。改變冰面或者擠塑板的相關(guān)參數(shù),驗(yàn)證提出公式的準(zhǔn)確性。實(shí)際在澆筑冰面... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：134 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

國(guó)家游泳中心的場(chǎng)地改造效果圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-載速率的關(guān)系[32]。2011年，徐洪宇等對(duì)人造多晶冰進(jìn)行了不同圍壓和不同溫度下的恒定加載速率三軸壓縮試驗(yàn)，得到多晶冰三軸壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，利用摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則分析了圍壓和溫度對(duì)強(qiáng)度的影響[33]。2015年，郭穎奎和孟文遠(yuǎn)為解決冰災(zāi)防治研究中冰的力學(xué)參數(shù)取值問(wèn)題，測(cè)得了冰體在不同溫度及不同加載速率下的強(qiáng)度、變形和彈性模量，為冰災(zāi)防治和數(shù)值模擬等研究提供了參考[34]。2015年，孟聞遠(yuǎn)和郭穎奎采用試驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法，建立了不同條件下冰的本構(gòu)模型，選用冪強(qiáng)化力學(xué)本構(gòu)模型來(lái)描述冰體受力時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系[35]。2016年，郭耀等對(duì)人造淡水冰樣進(jìn)行超聲波測(cè)試，給出了冰樣的動(dòng)態(tài)泊松比、動(dòng)態(tài)楊氏模量、剪切模量隨溫度的變化關(guān)系[36]，冰樣的力學(xué)參數(shù)隨溫度的變化如圖1-2所示，結(jié)果表明，隨著溫度的升高，冰洋的泊松比和楊氏模量等逐漸減校圖1-2冰的力學(xué)性能與溫度的關(guān)系[36]2017年，單仁亮等采用D-A準(zhǔn)則、Teardrop模型解釋高壓下偏應(yīng)力與圍壓之間的非線性關(guān)系，綜合考慮認(rèn)為D-A準(zhǔn)則更適合描述淡水冰的破壞[37]。2018年，韓紅衛(wèi)等進(jìn)行了淡水柱狀冰的三軸壓縮試驗(yàn)，指出淡水柱狀冰在復(fù)雜應(yīng)力下的破壞過(guò)程可以用摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則來(lái)描述，根據(jù)摩爾庫(kù)倫理論可計(jì)算出冰

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-的粘聚力和內(nèi)摩擦角[38]。1.2.2彈性基礎(chǔ)薄板理論的研究國(guó)內(nèi)外關(guān)于彈性基礎(chǔ)薄板理論的研究取得了突破性的進(jìn)展，為計(jì)算冰層的最大彎曲拉應(yīng)力奠定了基礎(chǔ)，彈性基礎(chǔ)薄板模型如圖1-3所示。圖1-3彈性基礎(chǔ)薄板模型Wyman[39]在1950年開(kāi)始對(duì)冰上集中荷載進(jìn)行研究，分析了集中荷載條件下薄板承載力的理論模型。Westergaard[40]在1947年對(duì)于均布荷載作用下的薄板理論進(jìn)行了分析研究，提出了著名的威斯特卡德(Westergaard)極限應(yīng)力公式，為計(jì)算冰層的最大彎曲拉應(yīng)力奠定了基矗MastersonD.M.[41]在2009年將威斯特卡德極限應(yīng)力公式用于計(jì)算冰面的承載能力，并取得了較好的結(jié)果。2019年，EHasrati基于變分正交方法的變分?jǐn)?shù)值方法，對(duì)徑向載荷作用下位于彈性地基上的圓形和環(huán)形薄板的彈性及塑性軸對(duì)稱(chēng)屈曲進(jìn)行分析[42]。認(rèn)為板的材料表現(xiàn)出以Ramberg-Osgood關(guān)系為特征的應(yīng)變硬化。同樣，采用Winkler和Pasternak模型來(lái)制定彈性基矗為了實(shí)現(xiàn)變分微分正交方法，首先推導(dǎo)了應(yīng)變率和本構(gòu)關(guān)系的矩陣公式。然后，基于哈密爾頓原理，并使用變分微分正交導(dǎo)數(shù)和積分算子，直接獲得了問(wèn)題的離散能量函數(shù)。給出了一些數(shù)值結(jié)果，以研究各種參數(shù)的影響，包括厚度與半徑之比，彈性模量與名義屈服應(yīng)力之比，以及彈性基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)薄板的彈塑性彎曲的影響。2020年，F(xiàn)arhadA和MahmoudS基于修正耦合應(yīng)力理論和具有馮·卡曼非線性的一階剪切變形理論，建立了一個(gè)非經(jīng)典模型，用于在橫向載荷下對(duì)環(huán)扇形薄板進(jìn)行非線性彎曲分析[43]。該模型通過(guò)材料長(zhǎng)度比例參數(shù)捕獲尺寸效果，利用最小總勢(shì)能原理，得到了平衡方程和邊界條件。平衡方程根據(jù)廣義微分正交方法離散化，并使用牛頓理論求解。通過(guò)適當(dāng)改變環(huán)形扇形板的幾何參數(shù)，將結(jié)果擴(kuò)展到橫?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]可裝拆式冰場(chǎng)鋼木組合支撐結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究[J]. 張文元,楊奇勇,余泰西,朱勇軍,鄭方.  建筑結(jié)構(gòu). 2018(10)
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博士論文
[1]冰單軸壓縮強(qiáng)度與影響因素試驗(yàn)研究[D]. 張麗敏.大連理工大學(xué) 2012
[2]內(nèi)河冰凌力學(xué)性能及其對(duì)橋墩撞擊力作用的研究[D]. 袁正國(guó).東北林業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]巴西試驗(yàn)法測(cè)定冰力學(xué)性質(zhì)的可靠性研究[D]. 肖贊.大連理工大學(xué) 2017
[2]可裝拆式冰壺球場(chǎng)地冰面支承結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究[D]. 余泰西.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]冰載荷的塑性極限分析[D]. 楊偉.哈爾濱工程大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3242732