冰的力学性能及其与结构相互作用力问题的研究

论文题目: 冰的力学性能及其与结构相互作用力问题的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 固体力学

作者: 孙秋华

导师: 唐立强

关键词: 冰的弹塑性本构方程,冰的断裂性能,起始裂纹尖端场,效应,细观力学

文献来源: 哈尔滨工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 冰的力学变形机理以及它与结构相互作用力问题的研究是力学领域内研究的重要课题。随着寒冷地带海洋石油资源的开发，冰对海洋结构作用越来越受到工程界的关注。当冰撞击海洋平台时，它们之间产生的力是依赖于冰和结构的相互作用的过程。这种作用一方面取决于冰板的整体动量(受风、海流的影响)，另一方面与冰的力学性能即冰的屈服强度和破坏形式(破碎、开裂)有关。因而，由冰的破坏形式所确定的冰的破坏力是冰和结构相互作用力研究的基础工作之一。从力学的角度研究，冰的破坏力为结构的承载提供了设计的基本参数和为结构的安全稳定性的计算提供了边界条件和初始条件。但由于冰的力学特征是十分复杂的，随着冰试样的选取地点、方式的不同、含盐量、含杂质的程度、温度以及冰结晶的方位取向不同，而显示出不同的应力—应变关系，从而增加了所研究问题的复杂性。在以往的设计中，人们都是采用由实验得出的数据，总结出经验公式，使得设计具有很强的局限性。随着人们对寒冷地区进一步的开发，工程界越来越希望在实验的基础上，研究冰的力学性能，构造冰变形的本构模型，分析冰的力学变形机理以及它与结构相互作用力，从而，从理论和实验两方面对海洋结构进行更合理、更可靠的工程设计。围绕着冰的力学变形机理以及它与结构相互作用力问题，根据渤海现场观测的海冰的破坏形式以及相关的实验资料，采用宏观连续介质力学和细观力学的研究方法，本文开展如下工作： 1．采用弹塑性理论研究了具有柱状结晶构造的海冰的SD效应。采用的分区构造方法给出应力场的构造，给出了冰荷载的塑性极限压力，与Ralston的结果相比较，采用的方法简便易行，并能清楚地看出塑性应力场的分布，易

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 冰与海洋结构相互作用力问题的提出

1.2 冰与海洋结构相互作用力问题的实验研究

1.3 冰与海洋结构相互作用力的弹性力学研究

1.4 冰与海洋结构相互作用力的弹塑弹性力学研究

1.5 冰与海洋结构相互作用力的黏弹性力学研究

1.6 冰与海洋结构相互作用力的细观力学研究

1.7 本论文研究的内容

1.7.1 现场的海水的破坏形式

1.7.2 本论文的研究内容

第2章冰的弹塑性本构方程和冰载荷的极限分析

2.1 冰弹塑性本构方程的描述

2.1.1 Ralston的冰塑性屈服条件

2.1.2 冰为横观各向同性弹塑材料的本构方程

2.1.3 平面应变条件下冰弹塑性材料的本构方程和屈服条件

2.1.4 平面应变条件下的弹性问题的基本方程

2.1.5 与压力敏感性材料(MVM)本构方程的比较

2.2 弹塑性分析的一个基本解

2.3 平压头附近的塑性应力场

2.3.1 平压头附近的塑性应力场的构造

2.3.2 平压头附近的塑性应力场的算例

2.3.3 压头塑性极限解的讨论

2.4 本章小结

第3章含裂纹厚冰板的断裂力学分析

3.1 裂纹起始扩展弹塑性场的基本解

3.2 以Ⅰ型为主的起始扩展裂纹尖端应力场

3.2.1 以Ⅰ型为主裂纹尖端应力场的构造

3.2.2 场中的未知参数的确定

3.2.3 纯Ⅰ型裂纹尖端的全塑性应力场

3.3 临界情况

3.4 以Ⅱ型为主裂纹尖端应力场

3.4.1 以Ⅱ型为主裂纹尖端应力场的构造

3.4.2 纯Ⅱ型裂纹尖端应力场

3.4.3 纯Ⅱ型裂纹尖端应力场的计算结果及讨论

3.5 本章小结

第4章海冰板对海洋结构作用力的弹塑性分析

4.1 基本方程

4.1.1 本构方程

4.1.2 平面应力条件下的基本方程

4.2 平面应力条件下轴对称问题的弹塑性解

4.2.1 求解问题的方程

4.2.2 冰板对结构作用的弹性分析

4.2.3 冰板对结构作用的弹塑性分析

4.3 计算以及结果的讨论

4.3.1 计算过程

4.3.2 计算结果

4.3.3 计算结果讨论

4.4 本章小结

第5章海冰板的屈曲损伤破坏

5.1 冰板的压缩屈曲模型的分析

5.2 屈曲边界的确定

5.3 计算结果的讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历

附录

发布时间: 2006-10-13

冰的力学性能及其与结构相互作用力问题的研究

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