摘要：冰区航行的船舶结构在冰载荷作用下产生明显的振动现象,明确冰激振动特性对冰级船舶的结构设计与冰区航行安全评估具有重要意义。为研究船舶的冰激振动特性,在我国第8次北极科学考察中对“雪龙”号科考船的结构振动开展了系统的实船测量。由于冰船作用区域主要位于船体艏部,该研究采用三向加速度传感器对艏尖舱区域的振动响应进行了测量。为研究海冰类型对结构振动的影响,通过视频摄像机对航线冰情进行了观测,并对比分析了开阔水域、碎冰区、平整冰区、冰脊区中船体的振动响应特性。采用ISO 6954—2000规范对“雪龙”号科考船进行冰激振动评价,并对实船振动频率和幅值进行统计学分析。结果表明,冰激振动的幅值介于有害振动和无害振动之间,其中沿船长方向的振动幅值最小,而沿船宽方向的振动幅值最大,船体的振动幅值服从广义极值分布。此外,海冰的附加质量影响了船体冰激振动频率,冰激振动的幅值均随航速和冰厚的增加而增大。

摘要：冰激振动(ice-induced vibration, ⅡV)中的锁频共振严重威胁结构安全,恶化人员工作环境,然而对其机理的认识仍然不清.本文基于作者和合作者以前建立的一个冰间歇破坏型ⅡV模型(黄国君和刘鹏飞, 2009)对柔性结构的锁频共振机理进行了理论研究.应用该模型预报了发生在一个冰速区间内的锁频共振现象,并研究了结构和冰特性参数:结构阻尼和刚度以及冰的压缩刚度和冰破坏的破坏区长度、韧脆转换速度和随机性对ⅡV及锁频共振的影响,在此基础上探索了锁频共振机理.研究表明:在锁频共振冰速区间内,结构响应和冰力主频都锁定在结构固有频率,然而不同冰速下的频谱结构和振动形态各异,从常规单频共振到多频共振、从等幅振动到振幅周期性变化的拍振动,呈现出丰富的动力学特征;结构和冰特性参数可改变锁频共振冰速区间的长度和位置以及结构振幅,冰破坏的随机性和应变率效应发挥着一种竞争作用;锁频共振来源于冰破坏的应变率效应,其力学机制是频率调制和对结构-冰动能传递的非对称性正反馈效应放大的双重作用,本文分析揭示的这一新的锁频共振机理属于耦合振动,与传统的负阻尼自激振动机制有着本质区别.本文分析结果及对锁频共振机理的认识有助于相关实验研究和冰区结构设计以及ⅡV减振技术的研发.

摘要：冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method, DEM)--有限元(finite element method, FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动模型.采用具有粘结-破碎性能的球体离散单元描述平整海冰损伤破坏行为,采用梁单元和三角形平板壳单元构造带有抗冰锥体的单桩式风机有限元模型.采用DEM-FEM耦合方法模拟不同冰速、冰厚条件下单桩式风机与平整冰相互作用过程,并且与IEC规范和ISO标准经验公式对比验证该耦合模型计算冰载荷的准确性.对比风机塔筒顶端和基础顶端的位移和加速度响应时程,定性地给出风机结构不同部位振动响应行为差异性.风机不同部位动力特性差异原因为风机结构独特结构特点:下部为大刚度桩基和上部为高柔度塔筒,使其动力特征表现为主从式结构特性."主-从式结构"特征使得结构在复杂的冰载荷作用下,风机塔筒(子结构)和桩基(主结构)表现为不同的响应行为,风机不同部位振动周期和加速度谱两者出现差异.本文研究成果为海上风机抗冰设计和疲劳分析提供了有益参考.

摘要：针对冰区海上单桩风机易发生冰激振动的问题,以NREL 5MW风机为对象,详细开展其在风-冰联合作用下的动力响应研究。基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得叶片空气动力载荷;基于Maattanen自激振动模型,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于我国渤海某海域冰情参数,从时域和频域对不同风-冰角下的风机结构动力响应特征进行分析,确定冰激锁频振动的冰速区间,并给出风机结构的最大位移响应振幅、基础倾覆力矩以及结构等效应力分布,结果表明:低冰速和高冰速下,风机塔顶与基础环顶的振动特性不同,中冰速时均表现为稳态的简谐振动;在常遇和极端冰厚下,均发生一阶锁频振动,对应的锁频冰速范围分别为0.01~0.06m/s和0.03~0.09m/s;锁频时,风机塔顶动力响应显著,两种冰厚下塔顶最大振幅分别1.425m和1.454m,最大等效应力响应分别为146MPa和183MPa,基础结构面外弯矩响应分别为243MN和358MN。文中研究结论和结果可为相似冰区海域同类风机结构的设计与优化提供技术参考。

摘要：该文为分析海冰与锥体海洋平台的相互作用,采用离散元(DEM)-有限元(FEM)耦合方法建立冰激海洋平台结构的耦合模型。通过具有粘结-破碎性能的球体离散单元对海冰的漂移及破碎现象进行计算,海洋平台锥体部分采用平板型壳单元构造,其整体构架及锥体内部的加劲肋采用梁单元构造,即建立壳单元与梁单元组合的锥体海洋平台有限元模型。为提高DEM-FEM耦合算法的计算规模和效率,发展了离散单元与平板型壳单元接触算法及GPU并行环境下参数传递算法。基于此耦合模型分别讨论了平台结构的冰载荷、冰激振动以及锥体应力分布,并与相关实测数据进行对比,为寒区锥体海洋平台的结构设计提供有益的参考。

摘要：为了解决由于海冰力对筒型基础平台作用而产生地基土软化,降低平台承载力的问题,应用冰激振动理论对筒型基础平台进行了冰激振动分析,通过相应的有限元计算得到筒体周围土体剪应力的最大变化幅值,并将计算结果与对应位置土体的抗软化极限应力进行了对比分析,结果表明:土体在冰激振动软化方面是安全的。提出一种判断筒型基础土体软化可能性的新方法,该方法可以对筒型基础平台冰激振动基础的安全性作出评价,对筒型基础平台的设计起到积极的指导作用。

摘要：为研究直立腿海洋平台冰激振动响应对海冰参数的敏感性,考虑海冰参数值的发生概率,设计三因素-五水平正交模拟方案.根据冰荷载功率谱密度函数,采用简谐波叠加法生成冰荷载时程数据,使用SACS软件建模,计算结构动力响应,并进行极差分析、方差分析和相关性分析.研究结果表明:直立腿海洋平台冰激振动响应对海冰漂流速度的敏感性可忽略不计,对海冰强度和冰排厚度的敏感性较高,并且对海冰强度的敏感性要低于对冰排厚度的敏感性;冰厚对最大基底剪力影响最大,对最大倾覆力矩影响最小;强度对最大倾覆力矩影响最大,对顶层加速度影响最小.研究结论可为冰区海洋平台的设计提供一定的参考.

摘要：为研究渤海海域海冰撞击导管架海洋平台的冰振响应,基于锥体冰力函数,本文建立了渤海海域的冰力作用模型。采用ANSYS有限元软件对导管架平台与海冰的相互作用进行数值模拟,开展了海冰作用下抗冰平台的静力分析及平台动力响应分析。通过与静力分析结果对比,验证了动冰力对结构响应的动力放大效应。在此基础上通过改变冰厚、冰速等海冰参数,研究了不同冰力作用周期下导管架平台的冰振响应。研究表明,海冰厚度及海冰流动速度是影响平台动力响应的主要因素,为导管架平台结构的动力优化设计提供了研究基础。

摘要：针对锦州9-3油田WHPC平台导管架和组块的工程设计,进行冰激振动分析,包括平台自振特性、平台甲板冰激振动响应以及强度校核,根据不同的甲板位置进行人员舒适度检验,以期为渤海浅水重冰区类似平台结构的抗冰设计提供借鉴和参考。

摘要：本文用强迫振动理论计算了辽东湾常见冰情挤压冰作用下ＪＺ２０—２—１采油平台和测冰平台的自振特性、位移、速度和加速度响应以及平台的应力响应，取得了一些有意义的结果，供平台设计和使用时参考。