冰排與建筑物擠壓破壞有限元模擬分析研究.pdf

1、河中流動(dòng)的冰塊會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)冰壓力和撞擊力，碰撞船舶或其他建筑物，使河道冬季無(wú)法通航，流冰的撞擊還可能會(huì)導(dǎo)致水工建筑物不同程度的破壞、影響其安全運(yùn)行，對(duì)下游造成危害。因此，開展流冰對(duì)于結(jié)構(gòu)物的撞擊研究是十分必要的。冰與結(jié)構(gòu)相互作用存在多種破壞形式，根據(jù)破壞宏觀現(xiàn)象可以分為：擠壓破壞、彎曲破壞、屈曲破壞等。其中擠壓破壞產(chǎn)生的冰荷載比較大，是工程中重要的研究?jī)?nèi)容。本文用有限元方法研究了冰排與閘墩的擠壓破壞。 本文首先論述了冰問(wèn)題的研

2、究現(xiàn)狀，介紹了冰的破壞方式、本構(gòu)方程，總結(jié)了冰荷載計(jì)算公式和數(shù)值模擬的基本原理，并說(shuō)明了工程實(shí)例以及相應(yīng)的物理模型試驗(yàn)。介紹了ANSYS/LS-DYNA這一顯式動(dòng)力分析有限元軟件的非線性有限元理論以及軟件的顯示算法基礎(chǔ)，并用此軟件建立起冰排與閘墩的有限元計(jì)算模型。對(duì)于冰排與閘墩碰撞擠壓破壞的研究，建立了簡(jiǎn)化的模型來(lái)估計(jì)冰力時(shí)程和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。在研究中，以冰在一定彈性變形后的擠壓破壞為接觸區(qū)域的破壞準(zhǔn)則，并結(jié)合了冰的特點(diǎn)，如冰的擠壓強(qiáng)度、冰

3、厚、冰速等等特征，完成了對(duì)于冰排閘墩的擠壓破壞模擬。經(jīng)過(guò)計(jì)算，本文得到了與實(shí)際情況比較符合的擠壓破壞冰力時(shí)程曲線，冰排的應(yīng)力分布和閘墩各時(shí)刻的響應(yīng)。模擬計(jì)算所得冰荷載極值與水工抗冰規(guī)范冰荷載公式計(jì)算所得值和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較。比較了同樣冰厚、冰速下雙閘墩與單閘墩的冰荷載值的大小?？偨Y(jié)了單閘墩不同冰厚、冰速下冰荷載值的變化規(guī)律。 計(jì)算及分析表明，ANSYS/LS-DYNA這一顯示動(dòng)力分析有限元軟件可以分析冰排與閘墩的擠壓破壞，并將破