冰與錐體結構作用中的破壞模式是影響冰荷載的關鍵性因素。本文通過對現(xiàn)場的原型結構測量數(shù)據(jù)分析，運用理論分析和有限元模擬手段，系統(tǒng)地研究了冰破壞模式對錐體結構冰荷載影響這一工程問題。 論文首先回顧了抗冰錐體結構冰荷載的研究歷史和現(xiàn)狀，詳細介紹了錐體結構靜冰力和動冰力的研究歷史。并提出了本文的研究任務。 論文第二章以原型觀測數(shù)據(jù)為基礎，主要分析了冰排的彎曲破壞模式及其影響因素。通過對JZ20-2海洋平臺的觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，從破壞長厚比、冰排厚度、錐體直徑和碎冰堆積等幾個方面分析了影響冰錐相互作用過程中冰排破壞模式的因素。 論文的第三章以第二章中的參數(shù)分析為基礎，建立了半圓環(huán)域彈性板模型，采用理論分析的方法，定性地分析了冰與錐體相互作用的破壞模式過渡效應。分析結果表明，冰破壞力幅值的大范圍變化與冰彎曲破壞的模式過渡相聯(lián)系，最大冰力在過渡條件下出現(xiàn)。這一研究也表明，如果冰的破壞模式落入過渡區(qū)，通常在靜冰力分析中采用的以楔梁型破壞為基礎的冰力模型可能會低估冰力的幅值。 論文的第四章以第三章中的理論模型為基礎，采用ANSYS軟件對冰與錐體的相互作用的全過程進行了有限元模擬。分析結果顯示隨錐徑相對于冰排斷裂長度的比值逐漸增大，冰排破壞類型由楔梁型向板型破壞轉(zhuǎn)變，破壞性質(zhì)由準脆性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈�。在上述過程中，冰力周期逐漸減小，極值冰力逐漸增大，而最大極值冰力出現(xiàn)在破壞模式轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)內(nèi)�？紤]接觸條件效應后，上述規(guī)律證實了過渡型破壞就是錐體結構的最不利動冰力。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2006
【中圖分類】：P731.15
【部分圖文】：

3)二次斷裂階段:如果錐體的角度比較大，并在上爬的過程中發(fā)生斷裂，到下一次彎曲破壞時冰力將保持較低的水平，幾乎接近零值。測量中以第一次斷裂長度為破碎長度。典型的冰板破壞過程如圖2.1所示。2.1冰與錐體結構彎曲破壞Fig.2.圖2.1冰與錐體:BendingfailureofieeandConeStruetUre2.2.2冰與錐體結構作用的彎曲破壞類型Lau等(1999)團l提出冰排彎曲破壞按照徑向裂紋的長度可以分為3種模式，需要分別建立冰力模型。1.楔梁型彎曲破壞:漂流冰排與結構錐面接觸后，破壞的初始階段表現(xiàn)為一系列徑向裂紋從接觸點產(chǎn)生并向內(nèi)擴展，形成一個楔形懸臂梁群。隨后從楔梁根部彎曲斷裂形成一條環(huán)向裂縫，冰力達到峰值，稱之為楔梁型彎曲破壞。冰排斷裂形態(tài)如圖2.2()a所示。圖中D為作用點處的錐徑，‘為斷裂長度。2.板型彎曲破壞:冰排與錐面接觸后在破壞的初始階段首先產(chǎn)生環(huán)向裂縫，隨后，斷裂下來的冰板在其自重下沿徑向進一步斷裂為較小的碎塊，稱之為板型彎曲破壞。如圖2.2(b)其斷裂長度顯著地小。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)上述兩種破壞模式之間的交替是頻繁發(fā)生的

2()a楔梁型彎曲破壞Fig.2.2(a)Wedgedbematypebendingfailure圖2.2(b)板型彎曲破壞Fig.2.2(b)Platetypebendingfailurewessels等[1958」歸81，Izumiyama[3刃等許多學者認為冰與錐體作用時首先產(chǎn)生徑向裂紋，然后產(chǎn)生環(huán)向裂紋。但徑向裂紋是非同時發(fā)生的，而環(huán)向裂紋是同時發(fā)生的。隨著錐徑增大，會導致冰內(nèi)部的環(huán)向最大拉應力減小，而徑向拉應力增大當錐徑增加到一定程度時，環(huán)向裂紋先于徑向裂紋出現(xiàn)。

1.楔梁型彎曲破壞:漂流冰排與結構錐面接觸后，破壞的初始階段表現(xiàn)為一系列徑向裂紋從接觸點產(chǎn)生并向內(nèi)擴展，形成一個楔形懸臂梁群。隨后從楔梁根部彎曲斷裂形成一條環(huán)向裂縫，冰力達到峰值，稱之為楔梁型彎曲破壞。冰排斷裂形態(tài)如圖2.2()a所示。圖中D為作用點處的錐徑，‘為斷裂長度。2.板型彎曲破壞:冰排與錐面接觸后在破壞的初始階段首先產(chǎn)生環(huán)向裂縫，隨后，斷裂下來的冰板在其自重下沿徑向進一步斷裂為較小的碎塊，稱之為板型彎曲破壞。如圖2.2(b)其斷裂長度顯著地小�，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)上述兩種破壞模式之間的交替是頻繁發(fā)生的，因而導致動冰力參數(shù)的大幅度變化。3.半無限長彈性基礎梁型彎曲破壞:冰排的幾何特征是寬度小于結構寬度，長度遠大于冰的特征長度，包括小楔角的楔形長梁或板;受力特征是冰排整個前緣作用有較均勻的線分布邊界力;破壞前的主要變形特征是沿縱向得單向彎曲。斷裂形態(tài)主要特征是橫向的直裂紋，或曲率很小的環(huán)向裂紋，彎曲破壞產(chǎn)生的斷裂長度在各種類型中是最大的。
【引證文獻】

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1 何菲菲;破冰船破冰載荷與破冰能力計算方法研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

本文編號：2840049