2022年冬奧會期間,國家游泳中心比賽大廳將通過可轉換結構與制冰系統(tǒng)的拆裝實現(xiàn)“水”、“冰”功能轉換,滿足北京冬奧會和冬殘奧會冰壺和輪椅冰壺賽事需求。冰壺比賽過程中冰面不開裂是轉換冰場建設的一項重要指標,這就需要對冰層自身受力性能進行深入研究。本文主要針對冰層在使用荷載作用下的受力模式、應力計算模型和計算方法等方面系統(tǒng)進行分析。根據(jù)實際的冰場形式和冰上荷載形式,利用有限元分析軟件ABAQUS模擬分析,并對結果進行理論分析,分別采用第一強度理論、塑性應變區(qū)法及摩爾庫倫強度理論公式三種不同的理論進行分析,確定裝配式冰場及傳統(tǒng)冰場冰面的主要破壞形式。裝配式冰場冰面以受彎破壞為主,傳統(tǒng)冰場冰面以受壓破壞為主。因為裝配式冰場冰面以受彎破壞為主,故提出冰場人工冰面最大彎曲拉應力的理論計算公式。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,冰面厚度與長度、寬度之比較小,冰場人工冰面的最大彎曲拉應力可以用彈性地基上的薄板理論進行求解。結合國內(nèi)外文獻及規(guī)范,提出冰場人工冰面最大彎曲拉應力的理論計算公式,并與有限元分析結果進行對比。改變冰面或者擠塑板的相關參數(shù),驗證提出公式的準確性。實際在澆筑冰面... 

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

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

國家游泳中心的場地改造效果圖

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-載速率的關系[32]。2011年，徐洪宇等對人造多晶冰進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，得到多晶冰三軸壓縮的應力-應變曲線，利用摩爾庫倫準則分析了圍壓和溫度對強度的影響[33]。2015年，郭穎奎和孟文遠為解決冰災防治研究中冰的力學參數(shù)取值問題，測得了冰體在不同溫度及不同加載速率下的強度、變形和彈性模量，為冰災防治和數(shù)值模擬等研究提供了參考[34]。2015年，孟聞遠和郭穎奎采用試驗研究與理論分析相結合的方法，建立了不同條件下冰的本構模型，選用冪強化力學本構模型來描述冰體受力時的應力—應變關系[35]。2016年，郭耀等對人造淡水冰樣進行超聲波測試，給出了冰樣的動態(tài)泊松比、動態(tài)楊氏模量、剪切模量隨溫度的變化關系[36]，冰樣的力學參數(shù)隨溫度的變化如圖1-2所示，結果表明，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冰的力學性能與溫度的關系[36]2017年，單仁亮等采用D-A準則、Teardrop模型解釋高壓下偏應力與圍壓之間的非線性關系，綜合考慮認為D-A準則更適合描述淡水冰的破壞[37]。2018年，韓紅衛(wèi)等進行了淡水柱狀冰的三軸壓縮試驗，指出淡水柱狀冰在復雜應力下的破壞過程可以用摩爾庫倫準則來描述，根據(jù)摩爾庫倫理論可計算出冰

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-5-的粘聚力和內(nèi)摩擦角[38]。1.2.2彈性基礎薄板理論的研究國內(nèi)外關于彈性基礎薄板理論的研究取得了突破性的進展，為計算冰層的最大彎曲拉應力奠定了基礎，彈性基礎薄板模型如圖1-3所示。圖1-3彈性基礎薄板模型Wyman[39]在1950年開始對冰上集中荷載進行研究，分析了集中荷載條件下薄板承載力的理論模型。Westergaard[40]在1947年對于均布荷載作用下的薄板理論進行了分析研究，提出了著名的威斯特卡德(Westergaard)極限應力公式，為計算冰層的最大彎曲拉應力奠定了基矗MastersonD.M.[41]在2009年將威斯特卡德極限應力公式用于計算冰面的承載能力，并取得了較好的結果。2019年，EHasrati基于變分正交方法的變分數(shù)值方法，對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稱屈曲進行分析[42]。認為板的材料表現(xiàn)出以Ramberg-Osgood關系為特征的應變硬化。同樣，采用Winkler和Pasternak模型來制定彈性基矗為了實現(xiàn)變分微分正交方法，首先推導了應變率和本構關系的矩陣公式。然后，基于哈密爾頓原理，并使用變分微分正交導數(shù)和積分算子，直接獲得了問題的離散能量函數(shù)。給出了一些數(shù)值結果，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力之比，以及彈性基礎參數(shù)對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，建立了一個非經(jīng)典模型，用于在橫向載荷下對環(huán)扇形薄板進行非線性彎曲分析[43]。該模型通過材料長度比例參數(shù)捕獲尺寸效果，利用最小總勢能原理，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。通過適當改變環(huán)形扇形板的幾何參數(shù)，將結果擴展到橫?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于遺傳算法的彈性地基加肋板肋梁無網(wǎng)格優(yōu)化分析[J]. 覃霞,劉珊珊,諶亞菁,彭林欣.  力學學報. 2020(01)
[2]河冰三軸壓縮強度特性及破壞準則試驗研究[J]. 韓紅衛(wèi),解飛,汪恩良,張棟.  水利學報. 2018(10)
[3]可裝拆式冰場鋼木組合支撐結構的力學性能研究[J]. 張文元,楊奇勇,余泰西,朱勇軍,鄭方.  建筑結構. 2018(10)
[4]三向受力條件下淡水冰破壞準則研究[J]. 單仁亮,白瑤,黃鵬程,宋永威,郭祥.  力學學報. 2017(02)
[5]冰力學參數(shù)的超聲波測試研究[J]. 郭耀,李剛,賈成艷,常天英,崔洪亮,馬科夫·阿列克謝.  極地研究. 2016(01)
[6]冰體力學本構模型的構建[J]. 孟聞遠,郭潁奎.  水利水電科技進展. 2015(04)
[7]冰的力學性能試驗研究[J]. 郭潁奎,孟聞遠.  華北水利水電大學學報(自然科學版). 2015(03)
[8]人造多晶冰三軸壓縮強度特性試驗研究[J]. 徐洪宇,賴遠明,喻文兵,徐湘田,常小曉.  冰川凍土. 2011(05)
[9]河冰力學性能試驗研究[J]. 于天來,袁正國,黃美蘭.  遼寧工程技術大學學報(自然科學版). 2009(06)
[10]國際冰研究與工程專業(yè)委員會及冰工程學術討論會簡介[J]. 李桂芬.  冰川凍土. 2003(S2)

博士論文
[1]冰單軸壓縮強度與影響因素試驗研究[D]. 張麗敏.大連理工大學 2012
[2]內(nèi)河冰凌力學性能及其對橋墩撞擊力作用的研究[D]. 袁正國.東北林業(yè)大學 2010

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



本文編號：3242732