船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)冰載荷：離散元數(shù)值分析
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- 作者：季順迎，劉璐
- 出版時間：2023/5/1
- ISBN：9787030731098
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：U661.4
- 頁碼：408
- 紙張：
- 版次：31
- 開本：B5
海冰與極地船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)作用時的動力破壞特性，以及海冰同海水、工程結(jié)構(gòu)的多介質(zhì)耦合作用對冰載荷的數(shù)值模擬提出了很大挑戰(zhàn)。本書首先綜述了離散元方法在船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)冰載荷數(shù)值模擬中的研究進展；接著介紹了極地海冰數(shù)值模擬的系列離散元方法，以及海冰與海水、工程結(jié)構(gòu)耦合作用的多介質(zhì)、多尺度數(shù)值方法，并闡述了基于GPU并行計算的高性能離散元分析軟件；然后介紹了平整冰、碎冰和冰脊等不同類型海冰的離散元數(shù)值構(gòu)造方法，并對船舶結(jié)構(gòu)冰阻力和冰載荷、冰區(qū)操縱性，以及海冰與螺旋槳的耦合作用進行了全面的離散元分析；最后對導(dǎo)管架和沉箱式固定海洋平臺、浮式海洋平臺在海冰作用下的冰載荷及結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了系統(tǒng)的離散元模擬。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 冰載荷數(shù)值方法研究進展 2
1.1.1 冰載荷的有限元方法及黏聚單元方法 2
1.1.2 冰載荷的近場動力學(xué)方法 3
1.1.3 冰載荷的光滑粒子流體動力學(xué)方法 6
1.1.4 冰載荷的環(huán)向裂紋法 7
1.2 海冰離散元方法研究進展 10
1.2.1 地球物理尺度下海冰離散元方法 11
1.2.2 浮冰尺度下海冰離散元方法 15
1.2.3 工程結(jié)構(gòu)尺度下海冰離散元方法 25
1.2.4 材料性能尺度下海冰離散元方法 48
1.2.5 細(xì)觀尺度下海冰的離散分布特性 53
1.2.6 冰載荷的高性能離散元并行算法及計算軟件 55
1.3 基于離散元方法的冰載荷數(shù)值冰水池 57
1.3.1 面向冰載荷的數(shù)值冰水池研究框架 58
1.3.2 數(shù)值冰水池的軟件實現(xiàn) 60
1.3.3 數(shù)值冰水池的試驗驗證 63
1.3.4 數(shù)值冰水池的初步應(yīng)用 64
1.4 小結(jié) 69
參考文獻 70
第2章 船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)冰載荷離散元方法 81
2.1 海冰球體離散元方法及參數(shù)確定 81
2.1.1 球體單元間的接觸和黏結(jié)模型 81
2.1.2 球體單元間的黏結(jié)失效準(zhǔn)則 86
2.1.3 平行黏結(jié)模型的尺寸效應(yīng)及黏結(jié)失效參數(shù) 90
2.2 海冰擴展多面體離散元方法 100
2.2.1 擴展多面體形態(tài)的海冰單元及接觸模型 100
2.2.2 海冰單元間的黏結(jié)失效準(zhǔn)則 103
2.2.3 海冰擴展多面體離散元的宏細(xì)觀參數(shù)關(guān)系 107
2.3 海冰三維圓盤離散元方法 112
2.3.1 海冰三維圓盤單元的構(gòu)造及接觸判斷 112
2.3.2 海冰圓盤單元的浮力計算及拖曳力 114
2.3.3 海冰圓盤單元與海洋結(jié)構(gòu)物間的接觸判斷 118
2.4 海冰與工程結(jié)構(gòu)耦合的DEM-FEM方法 120
2.4.1 海冰離散元與結(jié)構(gòu)有限元的接觸搜索算法 122
2.4.2 海冰離散元與結(jié)構(gòu)有限元的界面耦合方法 126
2.4.3 DEM-FEM 耦合模型的驗證 133
2.5 海冰與流體耦合的DEM-SPH方法 137
2.5.1 光滑粒子流體動力學(xué)方法 138
2.5.2 SPH粒子與擴展多面體單元的耦合算法 145
2.5.3 DEM-SPH耦合的數(shù)值模擬分析及結(jié)果驗證 150
2.6 冰載荷的高性能離散元并行算法及計算分析軟件 160
2.6.1 冰載荷的GPU并行算法 160
2.6.2 冰載荷離散元計算效率的提高途徑 167
2.6.3 海冰離散元計算分析軟件研發(fā) 172
2.7 小結(jié) 181
參考文獻 182
第3章 海冰離散元數(shù)值構(gòu)造 187
3.1 海冰離散元構(gòu)造方法簡介 187
3.1.1 極地海冰的離散元構(gòu)造方式 187
3.1.2 球體離散元的排列方式 189
3.2 平整冰的離散元構(gòu)造 195
3.2.1 平整冰的球體離散元構(gòu)造 195
3.2.2 平整冰的擴展多面體離散元構(gòu)造 199
3.3 碎冰的離散元構(gòu)造 204
3.3.1 基于二維Voronoi圖的碎冰區(qū)構(gòu)造 204
3.3.2 碎冰塊的幾何規(guī)則度 206
3.4 冰脊的離散元方法構(gòu)造 213
3.4.1 冰脊的球體離散元方法 214
3.4.2 冰脊的擴展多面體離散元方法 223
3.5 小結(jié) 235
參考文獻 235
第4章 極地船舶結(jié)構(gòu)冰載荷的離散元分析 239
4.1 碎冰區(qū)船舶航行的冰阻力及冰載荷 239
4.1.1 碎冰區(qū)船舶結(jié)構(gòu)冰阻力 239
4.1.2 浮冰塊對船舶結(jié)構(gòu)沖擊的冰載荷 256
4.2 平整冰區(qū)船舶航行的冰阻力及冰載荷 259
4.2.1 平整冰區(qū)船舶結(jié)構(gòu)冰載荷 260
4.2.2 輔助破冰條件下的船體冰載荷 267
4.3 船舶冰區(qū)操縱性的離散元分析 273
4.3.1 船舶六自由度運動方程 274
4.3.2 船舶操縱航行運動模型 275
4.3.3 船舶操縱驗證及破冰航行計算 276
4.3.4 極地船舶冰區(qū)操縱性能影響因素分析 278
4.4 單點系泊系統(tǒng)的冰載荷離散元分析 281
4.4.1 軟剛臂單點系泊系統(tǒng)的數(shù)值模型 281
4.4.2 平整冰與單點系泊系統(tǒng)相互作用的離散元分析 282
4.4.3 碎冰與單點系泊系統(tǒng)相互作用的離散元分析 284
4.5 海冰與螺旋槳相互作用的離散元分析 287
4.5.1 海冰–螺旋槳的DEM-FEM耦合模型 288
4.5.2 海冰–螺旋槳切削過程的DEM-FEM耦合模擬 289
4.6 小結(jié) 295
參考文獻 295
第5章 海洋工程結(jié)構(gòu)冰載荷的離散元分析 299
5.1 寒區(qū)海洋平臺結(jié)構(gòu)冰載荷分析 299
5.1.1 直立結(jié)構(gòu)冰載荷的離散元分析 299
5.1.2 錐體海洋結(jié)構(gòu)冰載荷的離散元分析 307
5.1.3 多樁腿海洋平臺的冰載荷遮蔽效應(yīng) 325
5.1.4 海冰與直立平面結(jié)構(gòu)作用的冰壓力分布 333
5.2 固定式海洋工程結(jié)構(gòu)冰激振動響應(yīng)分析 337
5.2.1 海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)冰激振動分析 338
5.2.2 單樁海洋平臺結(jié)構(gòu)冰激振動特性分析 346
5.2.3 多樁腿海洋平臺結(jié)構(gòu)冰激振動的 DEM-FEM 耦合分析 354
5.3 浮式海洋平臺結(jié)構(gòu)冰載荷分析 363
5.3.1 Kulluk 浮式海洋平臺的冰載荷分析 363
5.3.2 半潛式海洋平臺結(jié)構(gòu)的冰載荷分析 371
5.4 核電站取水口的海冰堆積模擬 378
5.4.1 核電站取水口海冰堆積的離散元模擬.378
5.4.2 海冰堆積特性的影響因素分析 381
5.5 重力式沉箱平臺結(jié)構(gòu)冰載荷的離散元分析 385
5.5.1 重力式沉箱結(jié)構(gòu)模型簡介 385
5.5.2 海冰與Molikpaq沉箱作用過程的模擬 387
5.5.3 海冰與JZ9-3沉箱作用過程的模擬 388
5.6 小結(jié) 392
參考文獻 393
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