自升式平台冰激动力响应分析

应用ANSYS软件建立了平台和冰相互作用的有限元模型,构建了自升式平台的冰激振动模型,并计算基于2种冰力模型的自升式平台的动力响应。此动力分析方法具有建模方便和计算精度高的特点。以某自升式平台为例,计算了冰和平台结构相互作用的耦合效应,为自升式平台冰激振动安全评估提供了参考依据。     

Mitigation of Ice-Induced Vibrations for Offshore Platforms Using Tuned Mass Damper

The problems of ice-induced vibration have been noticed and concerned since the 1960s, but it has not been well resolved. One reason is that the dynamic interaction between ice and structure is so complicated that practical ice force model has not been developed. The recent full-scale tests conducted on jacket platforms in the Bohai Sea presented that ice could cause intense vibrations which endanger the facilities on the deck and make discomfort for the crew. In this paper, the strategy of mitigation of ice-induced offshore structure vibration is discussed. Based on field observations and understanding of the interaction between ice and structure, the absorption mitigation method to suppress ice-induced vibration is presented. The numerical simulations were conducted for a simplified model of platform attached with a Tuned Mass Danlper （TMD） under ice force function and ice force time history. The simulation results show that TMD can fa- vorably reduce ice-induced vibrations, therefore, it can be considered to be an alternative approach to utilize. Finally, the application possibilities of utilizing TMDs on other miniature offshore structures in ice-covered areas of marginal oil fields are discussed.     

“雪龙”号科考船在冰区航行的船体振动测量研究

船舶在冰区航行时,船体会受到多种类型激振力的作用而产生不同程度的结构振动。船体振动会对船体结构安全以及船上人员的正常工作产生不利影响。船体结构振动的现场测量可较为准确地分析船体振动的基本特性,确定船体振动与外界荷载因素的对应关系。在2015—2016年中国第32次南极科学考察过程中,对"雪龙"号极地科学考察船的冰激振动开展了现场测量。本研究对比了船体在无冰区和冰区航行过程中的船体振动变化,分析了船体在不同航速、冰厚以及不同破冰航行方式下的振动规律。测量结果表明:船体冰激振动随着航速和冰厚的增加而显著增大;在船体采用冲撞式破冰时横向振动最为明显,而在连续式破冰时,垂向振动最为明显。以上研究可为冰区航行中船体振动的现场监测技术提供有益参考,并有助于分析海冰对船体振动规律的影响。     

冰激锥体振动物理模拟实验

应用DUT 1非冻结可破碎模型冰进行冰激锥体振动模拟实验的实验设备和模型的设计 ,给出了低冰速和高冰速两种情况下的结构位移曲线、冰力曲线及其幅值谱分析结果 ,得出了结构卓越频率和冰速与特征长度之比的关系 ,发现冰激锥体振动同冰激柱体振动一样有“频率锁定”现象。将实验结果与已有的冰排与圆柱相互作用实验结果进行比较 ,发现冰激锥体振动和冰激柱体振动有着相似的机理     

A study of ice response spectra

Some problems concerning the ice forces and ice response spectra are studied from both theoretical and practical points of view. On the basis of structural analysis,the analysis method of ice response spectra is proposed, since it plays an important role in the prediction of maximum structural response in cold regions. And it is illustrated that it is easy to study the structural response to ice using the ice response spectra.     

Some Recent Advances on Ice Related Problems in Offshore Engineering

This paper deals with several hot topics in ice related problems.In recent years,advances havebeen made on ice breaking modes,dynamic ice loads on offshore structures.ice-induced structural vibra-tions,fatigue and fracture by ice-structure interaction,and design of jackets in the Bohai Gulf.     

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。     

局地海冰数值预测的冰激结构响应计算

在渤海海冰数值预测的基础上，通过渤海海冰的热力—动力模型，对油气作业区的冰厚、冰速、冰温等海冰参数进行短期数值预测，并以此对海冰的盐度、卤水体积、弯曲强度等海冰物理力学参数进行推算，进而对冰激平台结构响应进行计算分析。以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例，对1999／2000年冬季的冰激结构振动响应进行了预测，其结果与实测情况较为吻合。     

黄河下游冰成滑塌与塌陷构造的研究

黄河是一条有着特殊水文、水动力、沉积环境及沉积物的河流。因此，它盛产特殊的沉积现象---冰成滑塌与塌陷构造便是其中之一。冰成滑塌与塌陷构造在黄河下游非常发育，它们主要发育在边、心滩上，有时天然堤上也有发育。它们的发育深刻地影响和改造了边、心滩的沉积景观。冰成滑塌构造是一种在沉积物从冰冻状态转向冰成状态发育的一种特殊构造，其运动学特点是以滑，即以水平运动为主，冰成滑塌构造多呈鳞片状或皱褶状。鳞片状者直径多在数十厘米；“鳞片”厚度多在十厘米左右，多由数个到十余个鳞片组成。其底界是冰冻界面；皱褶状者规模甚小，每一皱褶的宽度一般宽在一厘米以内，长十到二、三十厘 米，厚二、三厘米。多由数十个微型滑塌组合成一褶皱片。在天然堤内缘有一种特殊的冰成滑塌，它们使天然堤边缘呈阶步状或沟渠状，非常引人注目。冰成塌陷构造也是一种由冰层融化所形成的特殊构造，其运动学特点是“塌”，即以垂直运动为主。冰成塌陷构造多呈多角形坑洞状。直径多在数十厘米到一、二米，大者可达十余米，深度多在十余厘米。一般成群发育。     

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。