辽东湾某平台冰堆积成因及安全问题分析

辽东湾某平台位于辽东湾海域,该海域每年冬季都会形成大量的海冰,海冰给平台的作业生产及船舶运输带来严重安全威胁.由于辽东湾某平台结构特殊,海冰不仅使平台发生较强的冰激振动,同时海冰也在平台底部形成堆积,给平台冬季的安全运行带来一定的安全隐患.基于多年冬季现场监测,针对平台底部冰堆成因及冰阻塞对平台安全影响进行分析,并给出应对措施及建议.     

辽东湾某平台冰振显著性分析及解决方案

辽东湾某平台位于辽东湾海域,距海岸最近距离15km.由于特殊气候及海域环境特点,辽东湾某平台所在海域每年冬季都会形成大量的海冰.该平台自2009年冬投产以后,由于平台特殊的结构特点,在连续几个年度冬季现场的冰激振动监测中,平台都发生较强的冰激振动,强烈的冰激振动给平台主结构及上部设施的安全带来严重威胁.根据现场监测及观察结果,针对辽东湾某平台结构特点,对平台冰激振动成因进行分析,并提出应对措施及建议.     

辽河口附近海冰单轴压缩强度的试验与统计特征

为研究影响海冰单轴压缩强度的因素,在渤海辽河口附近海域采集冰坯,加工成方柱状冰样.在试验温度分别为-3℃,-5℃,-7℃,-10℃和-15℃下,对225个冰样沿平行和垂直自然冰表面方向进行加载.研究试样温度,加载方向,应变速率和孔隙率对海冰单轴压缩强度的影响.试验结果表明:海冰单轴强度随试样温度的降低而增加;垂直方向冰样的峰值强度高于水平方向,海冰表现为各向异性.利用试验结果建立了韧性区内海冰单轴压缩强度与应变速率和孔隙率的统计关系.     

海冰冰裂缝自动化检测装置及其系统在南极海冰监测中的应用研究

南极海冰冰裂缝宽度的变化严重影响人类在南极活动中冰上物资的运输,利用研制成功的电容感应式冰原传感器,设计并研究了南极海冰冰裂缝的自动化检测装置及其系统,并对该套系统在南极海冰的试验应用进行了分析,结果证明,该冰裂缝检测装置及其系统能较好的实现海冰裂缝的无人自动化监测.     

水库冰断裂破坏准则及其应用研究

基于能量理论建立淡水冰断裂破坏准则,认为冰达到断裂破坏极限时其破坏力最大,并以之来推算最大冰压力.通过讨论其适用性和适用范围以及将其应用于工程实际中,得到了符合实际的计算结果,从而为抗冰害设计提供理论支持和依据.     

基于冰对结构物作用力的莱州湾海冰灾害预警流程研究

通过水文气象要素实现对冰基本物理和力学性质参数的评估,结合不同类型结构物承受冰作用力的计算方法,实现对结构物实时承受冰作用力的评价.在此基础上实现对结构物所承受作用力与该结构物设计抗冰能力的比较,并将该比值作为预警关键指标.以直立结构物为例,建立了依据结构物的安全运营、正常的生产作业和人员舒适度三方面的综合预警阈值,形成完整的预警流程.在实践中,需要针对具体结构物类型,一是根据结构物操作规程和经验积累调整阈值的范围;二是继续积累不同破坏方式的大应变速率(位移速率)的冰强度试验统计结果.     

海冰弯曲破坏下的破坏准则数值模拟方法研究

海冰的弯曲破坏进程的研究已经称为冰工程界的一项重要课题.通过理论分析结合数值计算对海冰弯曲破坏数值模拟方法进行探索:探讨适合于海冰弯曲应力状态下的本构模型和破坏准则;在LS-DYNA中模拟圆环形冰排弯曲破坏和冰排与锥体结构相互作用的进程,提出了一种对海冰破坏准则验证的技术思路;通过所提出的技术思路对基于三轴压缩试验的Derradji破坏准则进行了修正,使其能够适用于海冰的弯曲破坏.     

估计海冰厚度函数的一种辨识方法

提出一种采用海冰和海水温度观测数据来估计海冰厚度的辨识方法, 避免了因使用厚度数据所带来的种种局限性. 首先建立一个拟线性海冰-海水热力学系统, 得到了系统解的存在唯一性; 然后以该系统中描述海冰厚度函数的参数为辨识量, 以系统输出的温度和实际观测温度的偏差为目标泛函, 建立了以目标泛函为最小的参数辨识模型; 最后构造了以半隐式差分格式、遗传算法和Hooke-Jeeves算法相结合的数值算法, 得到了海冰厚度函数, 并对辨识量做了敏感性分析. 结果表明: 这种方法是有效可行的.     

冰下流场动力学特性的数值模拟研究

在控制海冰运动的各项外力中,风、流的拖曳力起到了决定性作用;其中流拖曳力包括由于冰侧或冰脊压力梯度产生的形拖曳力和由于水流在冰底面的粘性作用产生的摩拖曳力.基于计算流体动力学软件FLUENT针对光滑冰底冰块进行二维数值模拟,分别得到5种不同入水深度、8种水流速度共40种工况下的冰下流场分布及冰块所受流体拖曳力.经对比发现,数值计算结果与物理模型实验结果吻合较好,从而验证了该数值模型在模拟冰下流场及拖曳力时的有效性.流场计算结果显示,冰下受影响流场区域随入水深度增加而扩大,尾流场近浮冰区域存在涡流,并且涡动中心随着入水深度的增加而逐渐远离浮冰尾部.拖曳力计算结果表明浮冰所受拖曳力与流速平方存在线性关系.     

覆冰输电线路脱冰跳跃高度理论算法

建立连续档线路脱冰理论分析简化模型,基于导线脱冰跳跃过程中的能量关系、应力弧垂关系、变形关系和平衡关系,给出求解导线最大脱冰跳跃高度的理论计算方法.利用算例与数值模拟方法和Morgan理论算法进行比较,验证了方法的正确性.进而针对典型输电线路的脱冰跳跃问题,利用获得的理论算法、数值模拟方法与现行输电线路设计规程中的脱冰跳跃高度计算公式的计算结果进行比较分析,讨论了该理论算法的实用性.采用所获得的冰跳高度理论算法,可在冰区输电线路的设计中快速确定导线冰跳时的绝缘间隙.