14441.冰激窄體結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)理與理論模型研究

1、博士學(xué)位論文冰激窄體結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)理與理論模型研究Studyofmechanismandtheoreticalmodeloficeinducedvibrationsofnarrowstructures作者姓名：王鋈鶴學(xué)科、專業(yè)：王程左堂學(xué)號(hào)：11003012指導(dǎo)教師一量煎進(jìn)完成日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要海冰與窄體海洋結(jié)構(gòu)(如冰區(qū)的導(dǎo)管架平臺(tái)、自升式鉆井平臺(tái)、橋墩、

2、風(fēng)電基礎(chǔ)、燈塔等)作用會(huì)形成交變性的動(dòng)冰荷載，并在一定條件下引發(fā)嚴(yán)重的冰激結(jié)構(gòu)振動(dòng)。對(duì)于導(dǎo)管架石油平臺(tái)，冰激振動(dòng)可以導(dǎo)致導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)疲勞破壞，平臺(tái)甲板上部管線及設(shè)施的破壞，以及平臺(tái)工作人員的不適。目前，動(dòng)冰荷載的形成機(jī)理仍是學(xué)術(shù)界討論的課題，柔性窄體抗冰結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范尚不成熟。為滿足冰區(qū)抗冰平臺(tái)的設(shè)計(jì)需求，保障我國(guó)渤海冰區(qū)導(dǎo)管架平臺(tái)的安全運(yùn)行，有必要對(duì)冰激窄體結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)理與理論模型展開(kāi)深入的研究工作。本文基于渤海導(dǎo)管架平臺(tái)動(dòng)冰力原型測(cè)

3、量以及室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)直立導(dǎo)管架平臺(tái)冰激振動(dòng)過(guò)程中海冰破碎的過(guò)程與機(jī)理進(jìn)行了深入的分析，對(duì)自升式鉆井平臺(tái)樁腿上的齒條對(duì)冰荷載的影響進(jìn)行了研究并提出了渤海自升式鉆井平臺(tái)帶齒條樁腿擠壓動(dòng)冰力譜模型，對(duì)錐體導(dǎo)管架平臺(tái)冰激振動(dòng)問(wèn)題構(gòu)造了無(wú)量綱參數(shù)，明確了各物理量之間的內(nèi)在關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立了針對(duì)設(shè)計(jì)籌建階段中的渤海錐體導(dǎo)管架平臺(tái)的冰激振動(dòng)預(yù)報(bào)模型。本文主要研究工作如下：(1)基于對(duì)直立導(dǎo)管架平臺(tái)動(dòng)冰力原型測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，證明了基于海

4、冰擠壓非同時(shí)破碎理論的“低值冰力”公式不適用于直立柔性窄體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)海冰擠壓破碎過(guò)程的分析，給出了直立結(jié)構(gòu)上海冰發(fā)生擠壓同時(shí)破碎的關(guān)鍵機(jī)理，即結(jié)構(gòu)與冰板之間的“全接觸”。(2)基于對(duì)冰與結(jié)構(gòu)相互作用過(guò)程中近場(chǎng)海冰破碎行為的分析，對(duì)直立柔性窄體結(jié)構(gòu)冰致自激振動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，闡明了海冰與結(jié)構(gòu)相互作用過(guò)程中結(jié)構(gòu)回?cái)[冰力隨即卸載的機(jī)理：在結(jié)構(gòu)回?cái)[的瞬間，冰板內(nèi)的翼型裂紋擴(kuò)展至相互貫通，冰板破碎，導(dǎo)致冰力隨即卸載。(3)對(duì)冰板作用

5、于正倒錐交界處問(wèn)題，通過(guò)對(duì)冰板內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的分析，給出了作用于正倒錐交界處冰板的破碎機(jī)理，即冰板內(nèi)裂紋在拉應(yīng)力與剪應(yīng)力的共同作用下發(fā)生擴(kuò)展，導(dǎo)致冰板向上或下表面的剝落破碎以及后續(xù)的向下或上的彎曲破碎。同時(shí)，利用原型測(cè)量的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)證明了冰板作用于正倒錐交界處時(shí)錐體依然具有減振效果。(4)基于對(duì)自升式鉆井平臺(tái)冰激振動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，給出了自升式鉆井平臺(tái)帶齒條樁腿上的擠壓冰力的計(jì)算方法，即利用帶齒條樁腿的“等效直徑”和基于海冰擠壓同時(shí)破碎