14441.冰激窄體結構振動的機理與理論模型研究

1、博士學位論文冰激窄體結構振動的機理與理論模型研究Studyofmechanismandtheoreticalmodeloficeinducedvibrationsofnarrowstructures作者姓名：王鋈鶴學科、專業(yè)：王程左堂學號：11003012指導教師一量煎進完成日期：大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要海冰與窄體海洋結構(如冰區(qū)的導管架平臺、自升式鉆井平臺、橋墩、

2、風電基礎、燈塔等)作用會形成交變性的動冰荷載，并在一定條件下引發(fā)嚴重的冰激結構振動。對于導管架石油平臺，冰激振動可以導致導管架的結構疲勞破壞，平臺甲板上部管線及設施的破壞，以及平臺工作人員的不適。目前，動冰荷載的形成機理仍是學術界討論的課題，柔性窄體抗冰結構的設計規(guī)范尚不成熟。為滿足冰區(qū)抗冰平臺的設計需求，保障我國渤海冰區(qū)導管架平臺的安全運行，有必要對冰激窄體結構振動的機理與理論模型展開深入的研究工作。本文基于渤海導管架平臺動冰力原型測

3、量以及室內模型實驗數據分析，對直立導管架平臺冰激振動過程中海冰破碎的過程與機理進行了深入的分析，對自升式鉆井平臺樁腿上的齒條對冰荷載的影響進行了研究并提出了渤海自升式鉆井平臺帶齒條樁腿擠壓動冰力譜模型，對錐體導管架平臺冰激振動問題構造了無量綱參數，明確了各物理量之間的內在關系，并在此基礎上建立了針對設計籌建階段中的渤海錐體導管架平臺的冰激振動預報模型。本文主要研究工作如下：(1)基于對直立導管架平臺動冰力原型測量數據的分析，證明了基于海

4、冰擠壓非同時破碎理論的“低值冰力”公式不適用于直立柔性窄體結構，并通過對海冰擠壓破碎過程的分析，給出了直立結構上海冰發(fā)生擠壓同時破碎的關鍵機理，即結構與冰板之間的“全接觸”。(2)基于對冰與結構相互作用過程中近場海冰破碎行為的分析，對直立柔性窄體結構冰致自激振動的機理進行了進一步的研究，闡明了海冰與結構相互作用過程中結構回擺冰力隨即卸載的機理：在結構回擺的瞬間，冰板內的翼型裂紋擴展至相互貫通，冰板破碎，導致冰力隨即卸載。(3)對冰板作用

5、于正倒錐交界處問題，通過對冰板內應力場的分析，給出了作用于正倒錐交界處冰板的破碎機理，即冰板內裂紋在拉應力與剪應力的共同作用下發(fā)生擴展，導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，利用原型測量的結構響應數據證明了冰板作用于正倒錐交界處時錐體依然具有減振效果。(4)基于對自升式鉆井平臺冰激振動模型實驗的數據分析，給出了自升式鉆井平臺帶齒條樁腿上的擠壓冰力的計算方法，即利用帶齒條樁腿的“等效直徑”和基于海冰擠壓同時破碎