冰区海洋平台静态冰载荷概率特性分析

基于Monte-Carlo法，对冰区海洋平台静态冰载荷的概率特性进行了分析。在平台设计评估载荷的计算中引入广义冰载荷“当量冰力”的概念，并用此概念对冰厚和冰强度的联合作用进行了评估。以渤海辽东湾4个典型台站为例，分析了静态冰载荷主要影响因素的概念特性，给出了这几个台站附海域当量冰力的概率分布参数，并定量分析了冰厚和气温对当量冰力的影响，模拟结果表明，应用Weibull分布描述概率当量冰力是可行的，此外，采用多年一遇的极值条件下冰参数组合求得的当量冰力值比Monte-Carlo模拟结果保守得多，在工程应用中，可采用当量冰力作为平台设计载荷的基础。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业，应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型，实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析，提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核，计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明，该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求，冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

寒区海上风电基础锥体动冰荷载

为了明确有冰海域加锥风电基础结构的动冰荷载模型,通过寒区风电基础锥体结构现场观测得到的海冰破碎特征数据,研究了随机动冰荷载模型在风电基础结构上的适用性;基于现场观测数据发现冰力周期和冰力幅值均服从正态分布。通过对海上风电结构及油气平台等不同尺寸锥体上测量数据的分析,建立了平均冰力周期和冰厚、冰速参数之间的关系式,对比实测周期,两者基本吻合。同时确立了平均冰力幅值与极值静冰力之间的关系,建立了锥体随机动冰荷载模型。结合此风电基础现场实测的海冰数据,模拟动冰荷载并施加到有限元模型中,对比数值分析结果与实测的结构响应加速度,结果表明两者在时域和频域上均吻合较好。可见构建的随机动冰荷载模型能够用于分析加锥风电结构抗冰性能。     

覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性及其影响因素分析

为探究覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性,分析温度、湿度、风速、运行时间四个因素对覆冰叶片振动特性的影响,以1:12.5建立的实体风力机模型为研究对象,搭建旋转风力机叶片覆冰振动测试试验台,设计四因素三水平正交试验,采用环境激励(风激励)和多点拾振的方法进行模态测试。试验研究了不同覆冰状态下旋转风力机叶片的振动特性及其变化规律;以最大振动频率为评价指标,分析四个因素对覆冰风力机叶片振动特性的影响。结果表明:相同覆冰条件下,覆冰厚度不变,旋转风力机叶片振动频率由叶尖至叶根逐渐减小;覆冰位置不变,覆冰厚度增加,旋转风力机叶片振动频率逐渐降低;旋转风力机叶片运行环境温度和湿度变化对其振动频率的影响较大。为进一步分析覆冰条件下旋转风力机叶片的位移响应和振型变化,建立了风力机三维模型,利用ANSYS软件对其进行谐响应分析,分析结果显示不同覆冰状态下叶片振型变化无明显差异,覆冰厚度增加,叶片位移响应值明显增大。研究结果可为覆冰条件下风力机运维策略选择及叶片覆冰安全监测提供理论参考。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业,应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型,实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析,提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核,计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明,该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求,冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.     

基于MSP430F247的电力线覆冰检测仪设计

针对国内使用电力线覆盖冰检测仪的情况和当前存在的问题,采用以形成覆冰的必要气象参数为参量,经典覆冰厚度计算公式为基础,通过数学推导,建立覆冰厚度估算的数学模型;利用软传感技术,实现覆冰厚度的检测.同时,设计了以微功耗单片机MSP430F247为核心的电力线覆冰监测仪,介绍了系统组成框图、部分硬件电路和软件流程图.     

基于未确知信息的冰荷载预测分析

水环境系统是个复杂的系统,包含着大量偶然的、随机的和不确定性的因素。在对水工建筑物的荷载设计和抗冻设计中,应该全面考虑影响冰荷载的因素及影响因素的未确知性,建立合理的冰荷载模型,科学计算冰对水工建筑物的作用,以便在事故发生前采取合理的方法尽量减少冰荷载对水工建筑物的破坏。该文首先回顾了确定性的河冰冰荷载计算公式,基于影响冰荷载的主要因素冰厚和冰强度的不确定性,提出了运用未确知理论进行冰荷载预测模拟计算方法,为设计者提供了更多的依据和参考。     

输电线路脱冰跳跃幅值影响因素分析

导线覆冰脱落会引起导线剧烈跳跃摆动,导致输电线路产生严重的机械、电气事故．为明确输电线路脱冰跳跃幅值特性,揭示各项参数及其交互作用对冰跳幅值的影响规律,采用数值模拟方法,建立导线一绝缘子串耦合模型,对冰跳幅值在不同影响因子作用下的变化特性进行研究．结果表明,导线跳跃幅值随着覆冰厚度、脱冰量、导线刚度的增加而增加,其增大的幅度不断上升;冰跳幅值随着连续档数的增加而趋于稳定;悬挂点高差、绝缘子串长度等因素对跳跃幅值影响较小;不同脱冰方式导线跳跃幅值相差较大;风荷载对导线横向摆动影响较大,对竖向跳跃影响较小;交互作用分析过程中,脱冰量对冰跳幅值影响最大,脱冰方式与脱冰量之间的交互作用对幅值影响最小．相关成果为覆冰线路设计及后续覆冰脱落分析研究提供参考借鉴．     

输电线路覆冰载荷在线检测分析与神经网络预测研究

线路覆冰是威胁输电线路安全的最主要因素之一。在实时实验数据和力学研究的基础上,提出了一种基于BP神经网络的覆冰厚度及重量的预测模型。预测模型以输电线路所处的温度、湿度、风向等为输入量,以覆冰厚度为输出量,网络隐含层单元个数与中心向量采用正交最小二乘法（orthogonal least squares,OLS）。在此基础上再通过专家软件来分析覆冰情况,给出了预测及预警信息。仿真结果表明,符合预期效果,实现了对覆冰载荷在线监测和覆冰厚度的预测,将其误差控制在一个较小的范围。     

冰区海洋平台整体可靠度分析高效近似算法

冰荷载是冰区海洋平台设计的控制荷载,极值冰力直接危害着平台结构整体的安全.以渤海辽东湾 JZ20-2 MSW、JZ20-2 NW 导管架海洋平台为例,考虑了冰荷载、构件几何尺寸、材料弹性模量、屈服强度、恒荷载的随机性,利用Monte-Carlo法进行随机抽样分析,得到了冰区导管架海洋平台结构整体抗力及极值冰力响应(顶点位移)的概率统计.在此基础上,提出了冰区海洋平台整体可靠度分析的高效近似算法,把功能函数简化为线性的显武表达式.数值算例表明该算法大大提高了计算效率,并具有满意的精度与适用性.     

猫头型输电塔在覆冰与风荷载下的动力稳定

利用增量动力分析法和弧长法有限元分析了猫头型输电塔的动力稳定,对比了输电塔静力与动力失稳前、后的受力特征,分析了覆冰厚度和风向角对输电塔动力失稳的影响。通过静力失稳与动力失稳塔顶侧移比相等原则得到了不同覆冰厚度及风向角下,输电塔动力失稳临界平均风速。结果表明:杆塔失稳主要由塔身底部主材屈服、斜材面外变形增大引起;随着覆冰厚度的增加,杆塔静力失稳与动力失稳的差别加大,杆塔在风力动载下的塔顶侧移显著增加,动力失稳临界平均分风速显著减小。输电塔在风荷载作用下的整体稳定性应考虑动力效应及覆冰条件的不利影响。     

渤海海冰作用特征参数确定方法

将海冰的生成，运移及其与结构相互作用的过程中存在的不确定性作为随机事件或随机过程研究，提出旨在建立设计条件的海冰作用多参数概率分析法，对海冰作用静，动力特征参数的规定与选择问题了探讨，对今后的研究方向提出了建议。     

极区船舶及海洋结构冰荷载的离散元分析

 冰荷载是影响极区船舶及海洋结构振动响应和疲劳寿命的重要因素。针对海冰的离散特性,分别采用具有黏结-破碎效应的球体单元、扩展圆盘单元以及基于闵可夫斯基和方法的扩展多面体单元构造海冰离散单元模型,分析了船体、固定式、自升式以及浮式海洋结构的冰荷载特性及分布规律。此外,为计算海冰作用下海洋结构的振动响应,建立了相应的冰激结构振动的离散元-有限元模型。在上述基础上自主研发了基于图像处理单位（GPU）并行算法的海冰离散元软件（IceDEM）,实现了对船舶以及海洋平台结构冰荷载离散元分析的大规模计算。     

Reliability of Reinforced Concrete Buildings During Construction

The safety analysis of reinforced concrete buildings during construction should be based on the comprehensive understanding of loads, load effects, structural resistance, and available safety index of the structure. This paper analyzes the characteristics and probabilistic models of resistance, loads, and load effects. A method was developed to calculate the probability of failure based on Monte Carlo simulation and models proposed in previous articles. Construction examples were used to analyze the influence of live load on the probability of failure. The results show that when the live load increases, the maximum probability of failure increases with acceleration. The results suggest that the construction live load should be carefully addressed during construction.     

冰区海洋平台构件的模糊疲劳可靠性分析

为便于冰区海上固定采油平台的设计和对其在服役期间的安全可靠性进行评估 ,运用模糊数学理论和疲劳寿命试验 ,提出了冰区海洋平台构件的安全疲劳寿命计算及其可靠性分析的方法。给出了冰区海浪及海冰载荷作用于平台构件上的随机疲劳应力幅的计算方法 ,分析了平台构件的疲劳累积损伤 ,提出了考虑模糊性之后对Min er法则的修正。据此 ,给出了安全疲劳寿命的估算方法 ,建立了新的模糊疲劳可靠性分析模型。按照此模型 ,给出了平台服役期间构件动态模糊疲劳可靠度的计算方法。疲劳寿命试验及计算实例表明 ,与采用常规的确定性Miner法则计算结果相比 ,按照该文方法计算得出的疲劳寿命更接近于疲劳寿命试验结果。     

处理面积对AZ31B镁合金微弧氧化负载特性的影响

为了明确处理过程中试样面积对微弧氧化负载特性及膜层性能的影响,采用单极性脉冲电源模式,对4个具有不同面积的AZ31B镁合金试样进行微弧氧化处理.处理中采用LCR测试仪采集负载的等效电阻和等效电容值,用示波器记录负载的电压、电流波形,并用MATLAB对负载电压波形进行拟合,以研究试样面积对微弧氧化处理过程中负载特性的影响.结果表明:随着处理电压的升高,所有的负载等效电容都持续减小,等效电阻都持续增大,负载的放电时间常数不断增大,等效电阻的增大说明膜层厚度随处理电压的增高而不断增长.此外,随着处理面积的增大,相同电压下负载的等效电阻不断减小,负载电容不断增大,负载的放电时间常数不断减小,说明随着面积的增大,膜层的增长变慢,而且面积越大的试样,负载波形更接近于方波,因此对单极性脉冲的实用性越好.     

不同破坏模式下锥体结构冰力定性分析

采用弹性基础板模型,对锥体结构上冰破坏力随不同弯曲破坏模式而变化的关系进行了定性分析,给出了由2个尺寸比表达的与3种破坏模式相对应的冰荷载表达式和1个由尺寸比定义的破坏模式图.利用这一结果揭示了弯曲破坏冰力幅值与周期大幅度变化的力学机理.板型弯曲破坏冰力是尺寸比k1的减函数;楔梁型破坏冰力是k1的增函数.这预示着最大冰力将在两种破坏模式过渡时出现.冰力周期随冰的断裂长度与其厚度之比k2增大而增长,当k2大于5时,破坏模式由板型过渡到楔梁型.该结果可在现场数据分类识别和冰力速度效应的定性分析等方面得到应用.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。