本文主要研究内容
作者龙雪（2019）在《海洋结构物作用下海冰破坏模式及冰载荷的离散元分析》一文中研究指出：随着人类在寒冷地区的资源开发活动日益频繁,海冰与海洋结构物的相互作用会对结构稳定性和人员安全造成严重威胁。为此,人们开展了针对海冰的物理力学性质及结构冰载荷的大量研究,其主要研究手段包括现场监测、模型试验和理论分析等。近年来,数值模拟方法在海冰与海洋结构相互作用过程的冰载荷计算中也得到了发展。由于海冰具有脆性材料的力学特性,传统的有限元方法难以准确描述海冰的破坏模式。离散元方法被广泛用于岩石、陶瓷、玻璃等脆性材料的破碎过程分析中,而采用具有粘结和失效功能的离散元方法可对海冰破碎、重叠和堆积等动力过程进行有效模拟。此外,采用基于GPU的并行计算技术可提高离散元模拟的计算效率和规模,使该方法可应用于海冰工程的大规模数值模拟中。目前,在离散元方法中建立合理的粘结模型和失效准则以描述海冰在与海洋结构相互作用过程中的力学行为,并揭示海冰破坏模式与结构冰载荷之间的关系,是离散元方法在海冰工程中的重要研究内容。本文采用面向海冰工程的离散元数值方法模拟海冰与海洋结构物间的相互作用过程,开展了离散元方法的粘结和失效准则、针对海冰材料的宏微观参数关系、基于GPU的并行算法等研究,重点分析了不同海洋结构类型和海冰参数下结构冰载荷特性及海冰破坏模式的变化规律。具体的研究工作可分为以下几点:(1)通过具有粘结功能的球体单元构造了海冰模型,分别对球体单元的平行粘结模型、拉剪分区断裂准则、混合断裂准则、线性接触模型和运动方程进行了详细说明,提出了基于GPU并行的离散元算法及其在工程海冰应用中的改进方法。(2)通过模拟海冰单轴压缩试验和三点弯曲试验,建立海冰强度与微观离散元参数之间关系,提出了由海冰的压缩强度和弯曲强度确定离散元颗粒单元间粘结强度及内摩擦系数的计算方法,并根据正交试验原理分析离散元参数对模拟结果的敏感性,确定重要参数的合理取值范围。(3)针对海冰与锥体结构作用过程进行模拟,将结构冰载荷和海冰破坏模式与渤海实测数据及汉堡试验数据进行对比,验证了离散元参数选取方法的可靠性。研究发现海冰与锥体结构相互作用时主要发生弯曲破坏,其破坏过程受到锥体倾斜角度、锥体直径、冰速、冰厚及冰锥作用位置等因素影响,可导致结构冰载荷的变化;从宏观海冰破碎裂纹的产生和扩展及微观颗粒单元间的粘结失效模式两个方面,对海冰破坏模式变化过程进行分析,并提出了锥体静冰力的计算公式。(4)采用拉剪分区断裂准则和考虑损伤的混合断裂准则分别模拟海冰与直立结构作用时海冰的破碎过程,对比结果表明混合断裂准则更适用于海冰挤压破碎过程的模拟。采用该方法研究冰速对其挤压破碎的影响,结果表明海冰在较高冰速下发生脆性挤压破坏,使结构产生随机振动:而在较低冰速下则会发生韧性挤压破坏,使结构产生稳态振动。结合冰载荷、结构振动、海冰与结构的相对运动速度及单元间粘结失效次数的变化特征,揭示了较低冰速下海冰韧脆转变的物理过程。由此说明海冰的挤压破坏过程不仅与自身力学性质有关,还受到结构振动的影响,从而验证了较低冰速下结构稳态振动具有自激振动特性。此外,在海冰与直立结构相互作用过程的离散元模拟中分析了结构上的冰压力分布特性,并深入研究了高压区的产生机理。(5)对核电站取水口浮冰的堆积作用及海冰与核动力浮式平台的相互作用过程进行离散元模拟。根据浮冰的形状特点构建其离散元模型,同时考虑了风和流作用下浮冰在取水口处的堆积过程。采用离散元方法分析了海冰的平均尺寸、密集度及流速三个因素对海冰堆积过程的影响,从而对海冰堆积高度进行了合理预判,降低了核电站取水口浮冰堆积造成的阻塞危险。核动力浮式平台在冰区作业时需要具有良好的抗冰性能,采用离散元方法模拟了海冰与其作用过程并分析了平台结构的冰载荷,为结构的抗冰设计提供了合理参考。最后,对海冰与海洋结构物相互作用的离散元分析工作进行了总结,并对后续工作的研究方向进行了展望。
Abstract
sui zhao ren lei zai han leng de ou de zi yuan kai fa huo dong ri yi pin fan ,hai bing yu hai xiang jie gou wu de xiang hu zuo yong hui dui jie gou wen ding xing he ren yuan an quan zao cheng yan chong wei xie 。wei ci ,ren men kai zhan le zhen dui hai bing de wu li li xue xing zhi ji jie gou bing zai he de da liang yan jiu ,ji zhu yao yan jiu shou duan bao gua xian chang jian ce 、mo xing shi yan he li lun fen xi deng 。jin nian lai ,shu zhi mo ni fang fa zai hai bing yu hai xiang jie gou xiang hu zuo yong guo cheng de bing zai he ji suan zhong ye de dao le fa zhan 。you yu hai bing ju you cui xing cai liao de li xue te xing ,chuan tong de you xian yuan fang fa nan yi zhun que miao shu hai bing de po huai mo shi 。li san yuan fang fa bei an fan yong yu yan dan 、tao ci 、bo li deng cui xing cai liao de po sui guo cheng fen xi zhong ,er cai yong ju you nian jie he shi xiao gong neng de li san yuan fang fa ke dui hai bing po sui 、chong die he dui ji deng dong li guo cheng jin hang you xiao mo 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de li san yuan fen xi gong zuo jin hang le zong jie ,bing dui hou xu gong zuo de yan jiu fang xiang jin hang le zhan wang 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自大连理工大学的龙雪，发表于刊物大连理工大学2019-07-19论文，是一篇关于海冰论文,离散元方法论文,并行计算论文,混合断裂准则论文,冰载荷论文,海冰破坏模式论文,海洋结构物论文,大连理工大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自大连理工大学2019-07-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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