渤海导管架平台桩柱冰压力随机过程模型及其参数确定

首先分析了冰压力随机过程的特征及其产生机理,从而按冰的破坏形式将冰压力随机过程分为挤压破坏过程、屈曲破坏过程和弯曲破坏过程.从渤海海冰对平合桩柱作用大量实测冰压力曲线中选取37条典型的冰挤压破坏时程曲线,经谱分析确定了相应冰压力随机过程的谱密度及其谱参数;进一步经统计分析,建立了谱参数与冰厚的关系;在此基础上,建立了绕圆桩柱的冰压力随机场模型,并利用大量实测数据,经统计回归分析,确定了场函数的具体表达形式,由此用冰压力随机场可以容易地确定圆桩柱的总冰压力随机过程及其谱密度.     

多桩锥体海洋平台结构冰荷载遮蔽效应离散元分析

在海冰与多桩锥体海洋平台结构的相互作用中,平台结构总冰力在海冰流向和桩腿方位的影响下呈现出显著的遮蔽效应。采用具有粘结-破碎效应的离散元方法,基于GPU并行的高性能计算,对不同冰向下锥体海洋平台结构的冰荷载进行了数值分析,确定了不同冰向下平台结构各桩腿的冰力衰减系数并分析了总冰力的遮蔽效应。最后,对自由边界影响下多桩平台结构冰荷载遮蔽效应的产生机理进行了讨论。本文工作可为多桩腿平台结构的冰荷载特性、冰激结构振动以及冰区结构设计提供参考。     

海冰与孤立桩相互作用的数值模拟

本文用数值方法模拟孤立桩与冰原冰相互作用过程中,冰的非开裂挤压脆性破坏过程和孤立桩的受力过程.设定冰原冰晶体是柱状结构,晶粒直径大小均匀,晶体主轴分布在水平方向上,符合均匀随机分布,冰体内等温、等盐、等厚,并且是在水中做匀速直线运动的半无限连续体.文中的孤立桩柱是一个大口径、固定且无振动的刚体,采用多点多单元计算的方法,使孤立桩外壳壳体局部受力,冰原冰碰撞作用部分局部受力破碎,从而计算孤立桩柱总受力.文中通过1990年2月8日渤海辽东湾冰区内JZ20-2-1平台桩柱腿受冰力的实测时间历程曲线,对由文中提供模型模拟计算的孤立桩受力过程时间历程曲线进行对比,结果两者吻合较好.     

海上多腿结构前冰的非同时破坏系数及其概率分布

到目前为止，工程设计中都不考虑冰的非同时破坏，造成了冰力设计值的偏高和工程浪费。通过冰力模型试验。研究了双桩、单排多桩、正方形布置的四腿结构前冰的非同时破坏现象，给出了冰非同时破坏系数及其概率分布特征，可作为工程设计的参考标准。     

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估

应用ANSYS软件建立了自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行了动力分析和桩腿的极限强度和疲劳强度校核。应用本模型对渤海某自升式平台桩腿进行的强度校核和不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤实例分析表明,本文的研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了一个有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。     

海冰与直立结构相互作用的破坏模式研究

海冰在结构前的破坏模式以及产生的冰载荷与结构尺度和海冰厚度密切相关。采用海冰离散元方法（DEM）模拟平整冰与直立结构相互作用过程中的海冰破坏模式及整体冰载荷。该离散元方法的计算参数通过与Norstr?msgrund灯塔的现场实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,对不同宽厚比（结构宽度与海冰厚度的比值）工况下平整冰与直立结构作用过程中的海冰破坏模式和整体冰压力进行了离散元分析。模拟结果表明：当宽厚比＜10时,海冰破坏模式主要为挤压破坏;当10≤宽厚比＜30时,海冰混合破坏发生;当宽厚比≥30时,海冰屈曲破坏发生。从海冰断裂长度与平均冰压力两个方面进一步说明了海冰破坏模式的转变过程。最后,构建了直立结构极值冰压力计算公式。研究成果可为寒区直立结构的整体设计提供参考。     

基于实测动冰力时程的海洋平台结构冰振反应分析

冰激平台结构振动是影响渤海石油钻采平台冬季正常生产和安全的主要因素。本文采用实测冰压力时程,对渤海辽东湾北部的ＪＺ２０－２ＭＵＱ平台结构进行了冰振反应分析,计算了不同设计冰厚、不同冰作用方向和标高及平台桩腿有无正倒锥体（一种破冰装置）的结构反应,探讨了正倒锥体对减轻冰力和结构反应的作用,发现了结构冰激振动的一些特征,为在该平台上实施振动控制方案提供了依据     

海洋平台随机冰力谱的识别

将海冰对结构的作用看作是随机激励,利用海洋平台原型结构冰激振动的实测响应数据,用逆虚拟激励法(1PEM)识别了平台的冰载荷谱,结果表明逆虚拟激励法识别效果满足工程实际的需要,有较好的应用前景。     

自升式海上钻井平台结构的模态分析及地震反应的谱分析

本文对某自升式钻井平台结构进行了模态和地震反应分析。用等效桩腿的处理方法把平台结构简化为空间梁系有限元力学模型,采用我国《海上固定平台入级与建造规范》中规定的标准地震谱曲线.首先计算了平台结构前五阶固有频率和模态,然后用基于模态叠加法的谱分析法求出平台结构和桩腿各部位的最大位移和应力反应。最后给出了该平台结构在30m和50m水深海域、桩腿为插桩式和沉垫式两种固定型式下的计算结果和比较。     

海冰板的环形屈曲的压缩破坏

在轴对称条件下，给出海冰板的环向屈曲面临载荷，从细观力学的观点分析了微裂纹开裂的条件，扩展方向并给出绕海洋平台柱腿冰的损伤区的尺度。所给出的临界半径是一个与冰材料力学特征，冰的微结构参数一海洋平台柱腿半径相关的特征参数。对现场所观察和测量的结构给出了解释和定量分析。     

The Shielding Effect of Multi-Pile Structures on Ice Force

The shielding effect of the front pile-row on the ice force acting on the hack pile-row is studied by ice force model tests. In the tests, the front pile-row is designed to model jacket legs and the hack pile-row to model the water resisting pipe-phalanx within the jacket. The shielding factor for ice force corresponding to different conditions are given in this paper. The research indicates that there are many factors, including the longitudinal and lateral spacing between the front and hack pile-row, ice attacking angle and the ratio of pile diameter to ice thickness, that influence the shielding effect on ice force.     

冰和直立结构相互作用的静冰力可靠性分析

我国渤海每年约有3个月的结冰期,冰与海洋结构的相互作用远较波浪为甚,因此有必要进行冰与海洋结构相互作用的可靠性分析.首先,采用热力学的方法根据每年实测的环境参数对海冰平整冰厚进行数值模拟计算,然后根据计算结果对不同重现期的极值冰厚采用极值统计法给出了极值分布,并与其他文献作比较.其次,以应变速率为海冰强度的主要影响参数,给出了海冰强度的概率分布.最后,以Schwarz公式为静冰力计算公式,结合得到的冰厚和冰强度的概率分布,采用映射变换法进行不同重现期静冰力的可靠度分析计算,并用蒙特卡罗重点抽样法进行模拟.     

A New Model for Ice Forces on A Conical Structure

The ice force is an important factor to be taken into account for offshore structures in cold regions, and the calculation method of the ice force is meaningful for the offshore structure design. The cone is now used as an optimal ice-resistant structure because it can cause bending failure of the ice sheet. The interaction between an ice sheet and a conical structure is studied in this paper and Croasdale‘s model is modified based on field observations. The newly built model separates the ice sheet into the emersed part and the floating part, and the equilibrium analyses are canied out respectively. The bending moment distribution of the ice sheet is analyzed for the determination of the position of bending failure, which serves as a supplementary restraint. The analytic solution of the ice foree on a conical structure is obtained it is verified with the experimental data of previous researches.     

Dynamics of Sea Ice and Spectrum of Ice Force

Spectrum and self-excite characters are the two significant characters of the dynamics of sea ice. The spectrum character of sea ice is mainly shown by the spectrum of ice force. The spectrum character of the sea ice is its intrinsic attributes. When the spectrum of ice force from the dynamic response of ice and structure interaction are evaluated, the effect of dynamic character of the structure must be eliminated. In this paper, the ice force spectrum at Bohai Bay and Liaodong Bay is evaluated from the displacement and strain responses of a single degree and a multi-degree freedom structure. The evaluated ice force spectrum can be used to define the spectrum character of ice in the analysis of ice induced vibration.     

质点-网格海冰模式在渤海的数值预报试验

在海冰动力学和热力学的研究基础上,开发应用于渤海的质点-网格海冰模式.该模式采用质点-网格法,有效地避免了传统海冰模式的数值扩散问题.该模式采用冰厚分布函数取代传统渤海业务海冰预报模式中平整冰、堆积冰和开阔水的三类海冰分型.应用质点-网格海冰模式对2003年～2004年冬季渤海冰情进行了业务化逐日数值预报试验,并对预报结果进行统计检验和分析比较.     

An Experimental Study of Several Special Issues Regarding the Ice Force on Conical Structures

The effect of the cone spacing of a conieal structure on the ice force is studied by model experiments. The ice force reduction coefficient presented in this paper expresses the relationship between the ice force and the arrangement of cones. The experiments prove that the mode of the ice failure before the boundary of upward-downward bending cone (UDBC) is crushing. A conclusion can also be drawn from the experiments that the ice force on the boundary of UDBC is by far less than that on a vertical pile with the same diameter. Moreover, the ice force frequencies on upright and inve-rted cones are obtained under the field condition of the platform JZ20-2, respectively. The results show that the alterna-tion of the ice force on UDBC can hardly induce resonance of platform JZ20-2.     

海洋平台响应多点解耦的冰力测量方法

提出了一种通过传递函数在频域内进行解耦逆推多点冰力的计算方法,并以一个四桩腿平台为例,给出了冰力问接测量的设计方案及计算流程,从而为解决海上平台所受冰力的测量问题找到一个较好的技术途径。     

细粒酒精模型冰的弯曲强度试验研究

基于不同制冰条件和工的细粒酒精模型冰层原位悬臂弯曲强度试验,给出细料酒精模型冰弯曲强度;分析了考虑和不考虑不浮力效应对弯曲强度的差异;利用向睡向下弯曲强度结果给出该模型冰各向同性的证据;得到该冰弯曲强度与其密度、冰内未冻液含量和制冷过程可控制因子的关系,并作为定量控制模型冰质量的基础。     

预测细粒酒精模型冰物理和力学参数的实验关系

依据模型冰物理性质控制其力学性质的原则 ,利用能量平衡观点建立了冰内未冻结液体含量同制冰过程中的冰池温度、降温及升温时间、模型冰厚度 (喷雾时间×流量 )的理论关系 ,以其量纲表达式作为预测模型冰物理和力学参数的综合控制指标 ;通过系统测量酒精溶液冰点温度、冰池大厅气温、模型冰温度、冰内未冻液含量、冰密度、冰压缩强度、冰弯曲强度和冰变形模量 ,获得了不同冰点温度模型冰的物理和力学参数同该综合控制指标的实验关系 ;实现了用人为可控制因子定量控制模型冰物理和力学参数的目的