海冰弯曲破坏的数值模拟方法研究

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1、海冰弯曲破坏的数值模拟方法研究MethodologyResearchontheNumericalSimulationoftheBendingFailureofSeaIce专业：船舶与海洋工程研究生：马健钧指导老师：黄焱副教授天津大学建筑工程学院2013年11月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作

2、者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要在我国渤海海域，由于冬季海冰的作用，许多海上平台以及其他结构物均在潮差段安装了锥体抗冰结构。这是由于现有的许多研究成果表明冰排在锥形结构前发生的弯曲破坏所产生的冰力远小于对直立结构挤压破

3、坏时所产生的冰力。基于此，对于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。当下，对于海冰弯曲破坏的研究方法主要包括现场试验，室内模型试验以及数值模拟。而随着计算机技术的高速发展，数值模拟已经成为了这一领域的一种重要的辅助研究方法。但合理有效的数值模拟方法的研究目前还处于探索阶段。在本文即通过理论分析与数值计算的方法对海冰弯曲破坏数值模拟方法进行了有益的探索，主要开展的工作有：（1）、根据海冰的物理力学性质，对现有的海冰本构模型和破坏准则进行研究，探讨适合于海冰弯曲应力状态下的本构模型和破坏准则；（2）、在LS-DYNA中模拟圆环形冰排弯曲破坏的过程以及冰排与锥

4、体结构相互作用的进程，提出了一种一般性的对海冰破坏准则的技术思路。（3）、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。通过本文的研究表明，由于海冰的弯曲破坏过程的复杂性，现有的数值模拟成果还有待进一步的深入探索。本文中所提出的对Derradji破坏准则修正后的破坏准则虽然能够在一定程度上适用于海冰的弯曲破坏，但仍有待进一步的完善。关键词：海冰；弯曲破坏；数值模拟；破坏准则ABSTRACTIntheBohaiSeaArea，manyoffshoreplantformsandotherstructueshavein

5、stalledtheconicalice-resistantstructureduringthetidalrangeduetotheseaiceforceinwinter.Thereasontousetheconicalstructureisthatmanycurrentreasearchsshowthattheiceforceontheconicalstructureinducedbyicebendingfailureisfarlessthantheiceforceontheverticalstructueswhichderivesfromcompression.Bas

6、edonthisfact,theresearchonicebendingfailurehasbecomeasignificantsubjectintheiceengineering.Nowadays,themethodstoinvestigateicebendingfailueincludefieldtests,modeltestsandnumericalsimulation.Withtherapiddevelopmentofcomputertechnology，numericalsimulationhasbecomeanimportantassistantmethodi

7、nthisarea.However，invetegatorsarestillworkinghardtofindoutanefficientwaytosimulatetheicebendingfailureprocess.Inthispaper,thenumericalmethodandtheoryanalysisarecobinedtoseekanefficientmethodforsimulatingtheicebendingfailureprocessandthefollowingworksaredeveloped:(1)