辽东湾S2冰侧限剪切强度的试验研究

利用试验方法系统地研究了辽东湾S2型海冰侧限剪切强度随剪切应变速率、加载方向、法向应力、温度和冰内孔隙率的变化规律。介绍了S2型海冰各向异性特点及剪切应变速率对剪切破坏方式的效应和韧脆破坏转变的条件。分析了不同加载方向海冰峰值剪切强度的差异 ,获得 - 6 2℃温度下S2冰内摩擦角和内聚力分别为 42°和 70 0kPa。利用统计分析给出峰值剪切强度与冰温和孔隙率的试验关系     

渤海湾海冰和黄河口河冰物理力学性质的测定和研究

本文叙述的是一个多项目的野外试验,该试验主要测试了渤海湾海冰和黄河口河冰的压缩、剪切和弯曲强度。此外,还测量了冰的温度、盐度、密度。文中叙述了冰的现场试验方法及得出的试验结果。同时还讨论了冰的各种强度值与冰温、应变速率(或应力率)的关系,且冰的强度是冰温和应变速率的函数。冰是各向异构体,加载方向不同,呈现的强度值也不相同。并且还对比了海冰与河冰的异同。     

海冰温度对单轴压缩强度影响的试验研究

应变速率与单轴压缩强度极值的关系在抗冰结构设计与优化中占有重要地位。基于2009年冬季普兰店海域海冰在不同海冰温度(-5°C、-10°C、-15°C)下的压缩强度试验数据,给出各自应变速率—压缩强度散点图。结果表明,海冰在不同加载速率下表现为三种破坏模式,即韧性区、过渡区与脆性区;海冰温度对过渡区对应应变速率范围影响较小,均在6.3×10~(-4)~2×10~(-3)区域附近。结合三段式函数形式,给出不同温度下应变速率—压缩强度极值的曲线拟合结果。依据上述结论,在庄河海域选择应变速率10~(-2)、10~(-3)与10~(-4)进行不同海冰温度(-16°C~-4°C)下单轴压缩强度试验。结果显示:在韧性区,海冰温度与压缩强度极值呈弱负相关;在过渡区,海冰温度与压缩强度极值呈明显线性减小;在脆性区,强度极值相对海冰温度敏感度较低。基于此,在应变速率—压缩强度曲线中提出温度影响系数,这一试验分析方法可推广至其它海域。     

辽东湾粒状海冰弯曲力学行为试验研究

弯曲破坏是冰与船舶和锥形海洋结构物相互作用时经常发生的一种冰破坏模式。全球变暖延长了渤海海冰的冻结期,导致冰层中粒状冰的比例呈增加趋势。为了更好地理解渤海粒状海冰的弯曲力学行为,使用2010－2011年冬季在辽东湾收集的粒状海冰进行了实验室三点弯曲试验。在?5、?10和?15°C条件下,共测试了42个海冰试样。应变速率范围为1×10?6~6×10?4 s?1,加载方向垂直于原始冰面。在试验过程中,测量每个冰试样的盐度和密度以计算孔隙率。试验分别给出了弯曲强度和有效弹性模量关于孔隙率的参数化关系,归一化后,弯曲强度在整个应变速率范围内没有速率依赖性。相比之下,有效弹性模量随着应变速率的增大而增大。以孔隙率和应变速率为因子,建立了冰试样有效弹性模量的参数化方程。     

黄海北部庄河附近海域海冰物理力学特性

研究了黄海北部海冰物理力学性质，试验内容有海冰的晶体结构，单轴压缩强度和弯曲强度，分析了海冰的压缩强度和弯曲强度与冰温，应力率和加载方向的关系。     

卤水体积和应力速率影响下海冰强度的统一表征

无论在地球物理尺度下研究海冰的动力学演化特性,还是在工程结构尺度下分析海冰与海洋结构物的相互作用过程,海冰强度均是影响海冰宏观变形和细观破坏规律的重要力学参数。本文通过对渤海海冰物理力学性质的现场和室内试验,分析了海冰压缩、弯曲和剪切强度参数与卤水体积、应力速率的对应关系。试验结果表明,海冰强度与卤水体积更好地呈指数关系,与应力速率呈线性关系;在此基础上,本文建立了由卤水体积和应力速率共同表征的海冰强度统一函数关系,为工程领域对海冰强度的选取提供有力的参考依据。     

渤海海冰侧限压缩强度的影响因素分析

为研究海冰在侧向作用下的压缩强度,针对A型侧限加载方式,对不同温度、盐度和加载速率下的海冰压缩强度进行了试验研究。利用统计方法分析了试验结果,表明侧限压缩强度与卤水体积的平方根存在负幂函数关系,与侧限应力呈线性关系,而受加载速率的影响并不明显。海冰侧限压缩强度与各影响因素(海冰温度、盐度、侧向力)间的函数关系可为冰荷载的确定提供参考。     

辽东湾东岸海冰抗压强度特征分析

本文利用辽东湾东岸鲅鱼圈、营口和长兴岛三地实测海冰抗压强度资料,分析了海冰破坏应力与破坏时间的关系,应变率和冰温对海冰抗压强度的影响,以及海冰生成环境对海冰抗压强度的影响。综合分析表明,三地破坏应力随破坏时间变化的整体趋势一致,应变率对三地海冰抗压强度有显著的影响,三地海冰抗压强度随温度降低总体有增大的趋势,冰龄、盐度、含沙量的差异是造成辽东湾东岸海冰抗压强度不同的主要原因。     

海冰弯曲强度及其破坏过程的试验研究

为确定海冰温度、卤水体积等因素对海冰弯曲强度的影响,本文对辽东湾东岸海域的平整冰进行了现场取样,并在试验机压头加载速率为0.1 mm/s的情况下进行了三点弯曲试验.试验结果表明,海冰试样在-35～-5 ℃温度范围内呈现出三种不同的破坏模式,主要表现为海冰弯曲断裂时裂纹形状的差异.当温度在-15～-10℃之间时,海冰试样...     

小直径组合桩的波浪力实验分析

本文给出小直径孤立桩、两个桩和2×2个桩的波浪作用力实验结果。在波浪水槽中以0°,45°,90°三个波浪方向测量了各桩所受的纵向力和横向力,文中讨论了组合桩之间的干扰效应,给出了干扰系数随KC数和桩距的变化。     

锥角对锥体结构抗冰性能影响的离散元分析

在寒区海洋工程中,锥体海洋结构的尺寸参数对其破冰性能具有重要影响。采用具有黏结-破碎功能的离散元方法模拟海冰与锥体结构的相互作用过程中海冰的破坏模式及冰载荷分析。该离散元方法的计算参数通过与渤海油气平台的实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,当设计海域的潮差固定时,对不同锥角下风电单桩锥体结构的冰载荷和海冰破坏模式进行了离散元分析。计算结果表明:锥体冰载荷随锥角的增大而增大,海冰的平均断裂长度则随锥角的增大而减小;当锥角小于70°时海冰的破碎模式主要为弯曲破坏,而当锥角大于70°时海冰破坏模式则主要为挤压破碎。以上研究结果可为冰区海上风电单桩结构的抗冰锥设计提供参考。     

Uncertainty and joint probability of sea ice loads

Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙａｎｄｊｏｉｎｔｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅａｉｃｅｌｏａｄｓ￥ＬｉｕＤｅｆｕ；ＹａｎｇＹｏｎｇｃｈｕｎ；ＷａｎｇＣｈａｏａｎｄＬｉＴｏｎｇｋｕｉ（ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＱｉｎｇｄａｏ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６００３，...     

海上风电单桩式支撑结构冰激振动及参数敏感性分析

针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。     

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。     

2016年南极中山站固定冰冰厚观测分析

极区海冰是全球气候系统的重要组成部分,南极的固定冰普遍存在于其沿海地区,中山站周边固定冰一般在11月中下旬达到最厚。海冰厚度是海冰的重要参数之一,2016年在南极中山站附近3个站点(S1、S2、S3站点)共布放了4套温度链浮标,包括1套SIMBA (Snow and Ice Mass Balance Array)温度链浮标和3套太原理工大学温度链浮标(TY温度链浮标),SIMBA温度链浮标每天观测4次,TY温度链浮标每小时观测1次。利用浮标观测的温度剖面以及海冰和海水间不同介质温度差异计算得到海冰厚度。在S3站点,同时布放了SIMBA温度链浮标和TY温度链浮标。温度链浮标计算冰厚和人工钻孔观测冰厚比较结果显示,S1站点TY温度链浮标计算的海冰厚度平均误差和均方根误差分别为3.3 cm和14.7 cm,S2站点和S3站点分别为6.6 cm、6.9 cm以及4.0 cm、4.8 cm。S3站点的SIMBA温度链浮标计算冰厚和人工观测冰厚的平均误差和均方根误差为8.2 cm和9.7 cm。因而S3站点TY温度链浮标计算的海冰厚度更接近人工观测的结果。进一步对Stefan定律海冰生长模型进行对比,模型计算得到的海冰生长率为0.1～0.8 cm/d,生长率快于TY温度链浮标的结果,且受积雪影响明显。相比于卫星遥感反演冰厚的误差和观测时段的限制以及有限的人工观测,2种温度链浮标未来对于中山站附近海冰的长期监测均有重要的应用价值。     

Ice Sheet-Thermohaline Circulation Interactions in a Climate Model of Intermediate Complexity

A vertically integrated dynamic ice sheet model is coupled to the atmosphere-ocean-sea ice-land surface climate model recently developed by Wang and Mysak (2000). The background lateral (east-west) ice sheet discharge rate used by Gallee et al. (1992) is reduced and the planetary emissivity is increased (to parameterize the cooling effect of a decrease of the atmospheric CO₂ concentration), in order to build up substantial ice sheets during a glacial period and hence set the stage for ice sheet-thermohaline circulation (THC) interactions. The following iceberg calving scheme is then introduced: when the maximum model height of the North American ice sheet reaches a critical value (2400 m), a prescribed lateral discharged rate is imposed on top of the background discharge rate for a finite time. Per a small prescribed discharge rate, repeated small iceberg calving events occur, which lead to millennial-scale climate cycles with small amplitudes. These are a crude representation of Dansgaard-Oeschger oscillations. Over one such cycle, the zonally averaged January surface air temperature (SAT) drops about 1.5°C at 72.5°N. However, a large prescribed lateral discharge rate leads to the shut down of the THC. In this case, the January SAT drops about 5°C at 72.5°N, the sea ice extent advances equatorward from 57.5° to 47.5°N and the net ice accumulation rate at the grid of maximum ice sheet height is reduced from 0.24 to 0.15 m/y. Since data strongly suggest that a collapsed THC was not a steady state during the last glacial, we restore the THC by increasing the vertical diffusivity in the North Atlantic Ocean for a finite time. The resulting climate cycles associated with conveyor-on and conveyor-off phases have much larger amplitudes; furthermore, the strong iceberg calving events lead to a larger loss of ice sheet mass and hence the period of the oscillations is longer (several thousand years). This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

基于广义接触模型的离散元方法及其对船体冰载荷的分析

冰载荷是影响船舶结构安全的主要环境载荷,因而确定破冰船的冰载荷特征可用于船体结构设计及船舶安全预警分析。海冰作为典型的脆性材料,可采用单元间具有黏结失效效应的离散元方法模拟其破碎行为。为有效地模拟海冰破碎的渐进过程,采用由局部黏结点组成黏结单元的广义接触模型。为分析该模型中直接决定黏结单元失效的强度参数的影响,采用海冰单轴压缩和三点弯曲试验数值模拟进行分析。通过模型试验确定了失效模型中法向黏结强度、切向黏结强度和Mohr-Coulomb准则中的接触摩擦系数的影响。将该数值模型应用于极地科学考察船"雪龙号"的平整冰区冰载荷分析中,并与船舶整体冰阻力经验公式进行了对比验证。     

Semisubmersible response to transient ice forces

The paper presents an analytical and experimental study on the transient response of semisubmersibles to bergybit impact and the strength of bergybit ice to high strain-rate loadings. Two approaches have been proposed for the solution of the semisubmersible-bergybit interaction problem, one using the energy approach and the other using the conventional structural dynamics approach with initial velocity conditions. In addition the local behaviour of the impacted regions have been analysed for deformation and failure. Numerical results have been given for local behaviour of an impacted column and global behaviour of semisubmersible-bergybit system. Experimental study has been reported on the impact strength of iceberg ice at strain rates of 10⁻³, 10⁻² and 10⁻¹; the indentation impact strength of ice is found to be 3–4 times the unaixial compressive strength, at the same strain rate.     

Interaction of an anticyclonic eddy with sea ice in the western Arctic Ocean: an eddy-resolving model study

The dramatic decline of summer sea ice extent and thickness has been witnessed in the western Arctic Ocean in recent decades, which hasmotivated scientists to search for possible factors driving the sea ice variability. An eddy-resolving, ice-ocean coupled model covering the entire Arctic Ocean is implemented, with focus on the western Arctic Ocean. Special attention is paid to the summer Alaskan coastal current (ACC), which has a high temperature (up to 5℃ ormore) in the upper layer due to the solar radiation over the open water at the lower latitude. Downstream of the ACC after Barrow Point, a surface-intensified anticyclonic eddy is frequently generated and propagate towards the Canada Basin during the summer season when sea ice has retreated away from the coast. Such an eddy has a warm core, and its source is high-temperature ACC water. A typical warm-core eddy is traced. It is trapped just below summer sea ice melt water and has a thickness about 60 m. Temperature in the eddy core reaches 2-3℃, and most water inside the eddy has a temperature over 1℃. With a definition of the eddy boundary, an eddy heat is calculated, which can melt 1 600 km² of 1mthick sea ice under extreme conditions.     

基于GOCI数据渤海海冰厚度算法研究

提出一种基于GOCI数据提取渤海海冰厚度方法并将其应用于2014年-2015年冬季渤海海冰厚度动态变化监测。首先基于高时间分辨率的GOCI数据建立GOCI短波宽带反射率与各波段反射率模型,然后建立海冰厚度与GOCI短波宽带反射率模型,并将此模型应用于渤海海冰厚度监测,最后通过基于MODIS数据、热动力学模型（Lebedev和Zubov模型）反演获得的海冰厚度以及实测海冰厚度数据对实验结果进行验证。实验结果表明：基于GOCI数据建立海冰厚度模型所反演的海冰厚度与基于MODIS数据反演的海冰厚度以及Lebedev和Zubov模型具有较高相关性（R2>0.86）,而且反演结果接近实测数据（RMS为6.82 cm）。