极地船舶与冰脊多次碰撞的数值模拟

极地船舶在冰区航行时将不可避免地与冰脊发生相互作用.相比于其他类型的冰体,冰脊由于其尺度与结构特点,呈现出更为复杂的力学特性.本文采用非线性有限元方法研究极地船舶与冰脊之间的相互作用.基于弹塑性模型建立冰脊模型,并选取Drucker-Prager屈服准则,同时考虑粘聚力、摩擦角以及硬化的影响.将开发的材料模型嵌入LS-DYNA中,通过半隐式图形返回算法进行求解.通过模拟冰脊与船舶的多次碰撞,评估冰脊和船体的应力分布以及冰载荷的时历变化.此外,通过参数化分析,讨论冰脊厚度和冲击速度对冰载荷和吸能结果的影响.     

水动力对海冰-结构物相互作用影响的研究

海冰与极地船舶碰撞是影响船舶航行和作业安全的重要因素.由于碰撞发生在水面附近,水动力作用不可忽视,需考虑结构物-冰-水的耦合作用.论文进行了海冰与固定圆柱体之间水动力相互作用的试验,并改变海冰的速度、尺寸和形状这3个参数用CFD-FEM方法进行数值模拟,分析冰所受水动力与碰撞力峰值的差以及碰撞过程中冰附加质量的变化.研究结果表明:数值计算结果与试验数据吻合较好;在海冰-结构物碰撞过程中,水动力对冲击力辐值的影响随海冰速度的增大而增大,随海冰尺寸和截面多边形边数的增加而减小;在冲击力峰值附近区域,海冰附加质量呈先增大后减小的态势.     

重型破冰船规范研究

针对我国重型破冰船设计建造缺少自主专用规范的问题,采用目标型规范方法制定重型破冰船规范.分析极地环境风险及破冰船特点,总结破冰船目标及功能要求.制定符合破冰船特点的极限状态并以此建立结构强度要求,分析规范冰载荷并采用离散元方法建立破冰船操作场景的冰载荷直接计算,研究破冰船冰阻力并制定主机功率简化计算公式,建立吊舱冰载荷及强度要求.通过规范及相关技术的研究可满足破冰船新颖化、重型化发展需求.     

基于模型试验的八桩腿导管架平台冰力掩蔽效应研究

针对渤海海域八腿直桩导管架中心平台,进行了一系列静冰载荷模型试验,以探究冰力掩蔽效应.根据该海域海冰条件确定模型冰厚度和强度等参数;进行了单桩速度扫掠试验,以确定与桩腿极限静冰载荷对应的冰速.开展了不同冰攻角下的静冰载荷模型试验,得到桩腿冰载荷时程变化曲线.基于观察到的试验现象,对不同冰攻角下的掩蔽效应进行分析;提出了一种掩蔽效应表征方法,并与规范给出的计算方法作比较.结果表明,基于掩蔽效应计算方法得到的平台总冰力小于规范计算值,且比试验结果保守,可为八桩腿导管架整体冰载荷的合理评估提供参考.     

冰脊对极地冰下航道流场特性影响研究

冰脊是极地冰层下表面典型结构特征之一,掌握冰脊与冰下流场的相互作用规律,对于理解极地冰下航道适航特性及近冰面潜水器操纵运动具有重要的指导意义.为了探究冰脊对近冰面流场的影响及作用范围,本文基于极地实测数据建立五组典型分布间距冰脊流场,利用Fluent软件平台,通过稳态求解Reynolds应力方程模型(RSM)进行数值研究,重点分析冰脊间距对冰下流场特性的影响规律.同时,探究冰脊对冰下流场干扰的辐射深度.研究表明:连续冰脊对冰脊间尾涡具有拉伸效应;根据冰脊对冰下流场的干扰程度,辐射深度可分为强辐射区、稳定辐射区和无影响区三个区间.     

中高密集度浮冰区船体冰水动力试验研究

船冰作用力的预报是冰区船航行性能评估环节的重点.本文针对某冰区航行船开展操纵性斜航模型试验研究,采用以聚丙烯为主材的圆形非冻结模型冰,通过模型试验给出船在无冰水域和中高密集度浮冰区的船体受力,研究船体在不同航速和漂角下的船体受力特性,并基于典型工况分析试验数据的重复性,发展冰区航行船的非冻结模型冰模型试验技术.研究结果表明:浮冰密集度、航速和漂角的增大会使船体受力增大,高密集度和大漂角下船冰接触区域更大,试验数据重复性也较好.     

冰与钢-泡沫夹层结构冲击特性研究

通过对冰与钢-泡沫夹层结构的冲击特性进行有限元仿真建模计算,得出其相关碰撞特性;同时计算得到的接触部位的压强和面积关系与ALIE所规定的压强-面积曲线作比较,确定材料模块选取的合理性。进而为系统研究冰与夹层结构以及船冰碰撞之间的耐撞性提供一定参考意见。     

钢管混凝土支架注浆孔补强技术数值模拟分析

钢管混凝土支架在井下注入混凝土时要留设注浆孔,为了弥补注浆孔周边钢管刚度,实施了加强板、插入注浆短管和封孔塞3项补强措施。采用ABAQUS有限元软件分析在弹性加载条件下钢管的应力分布特征,注浆孔导致孔口两侧的压应力集中系数最大,为8.45;采用3项补强措施后,钢管注浆孔附近的压应力集中程度明显降低。通过数值分析并优化出补强措施：加强板为500mm×300 mm×10 mm,注浆短管为直径133 mm×8 mm,封孔塞直径为116 mm×40 mm。优化的补强措施有效降低了应力集中程度和补强措施的用钢量。     

寒区隧道含相变围岩传热渗流耦合数值分析

为研究寒区隧道围岩在冻融循环过程中的水-冰相变现象和渗流速率对围岩温度场分布的影响,基于COMSOL Multiphysics 多物理场分析软件,建立含相变的围岩温度场与渗流场耦合模型,通过改变模型中的渗流速率、已冻区和正冻区的边界温度Tm,对寒区隧道的围岩温度场进行数值分析。数值分析结果表明： 边界温度Tm影响正冻区的范围和不同深度处围岩水-冰相变发生的时刻,但不同的边界温度Tm对围岩温度场的影响较小; 当渗流速率高于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场具有明显影响,但当渗流速率低于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场无明显影响。因此,在地下水渗流速率较高的地区,应同时考虑水-冰相变现场和渗流速率对寒区隧道围岩温度场的影响。     

竖井突涌水淹井处理技术研究与应用

为妥善处理深大竖井由于地质复杂、地下水发育且补给足而快或开挖施工方法不当、技术及管理措施不到位等因素所致的突涌水淹井事故,以大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井副井突涌水淹井为工程案例,详细介绍如何用静水压注改性水泥浆垫封水法处理深竖井淹井事故,并提出一套适用于工期紧、淹井深、地质复杂、水源补给足而快等条件下的淹井处理参数,为水深超过600 m的淹井处理提供经验借鉴。