ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛН И ЛЬДА С ОДИНОЧНОЙ ОПОРОЙ
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛН И ЛЬДА С ОДИНОЧНОЙ ОПОРОЙ
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2024-20-4-31-42Ключевые слова:
математические модели, лед, волны, численное моделирование, ледовые нагрузки, волновые нагрузки, совместные нагрузки, LS-DYNAАннотация
Рассмотрено изменение совместной волно-ледовой нагрузки, действующей на отдельно стоящее гидротехническое сооружение в условиях примерзания льда к опоре. Был проведен анализ существующих научных работ по данной проблеме и выбран соответствующий метод исследования. Тема статьи актуальна в свете активного освоения арктической части России и строительства новых гидротехнических сооружений, требующих более точные методы определения ледовых и волновых нагрузок для обеспечения безопасности строительства. Новизна работы заключается в анализе совместного воздействия волны и льдины на сооружение. Для проведения исследования использовались численное моделирование в программе LS-DYNA и аналитические методы, представленные в нормативных документах. Верификация модели по нагрузкам была выполнена путем сравнения численных данных с результатами аналитического расчета. Получены изменения горизонтальных сил давления волны и льдины на сооружение, а также воздействия волны на льдину. Построены графики зависимостей изменений этих сил и их соотношений от длины льдины. В ходе анализа результатов определено, что наиболее значительно изменяется сила давления льдины на сооружение. Также был выявлен циклический характер изменения волновой и ледовой сил. Предположительно, это связано с динамическим характером разрушения льда и эффектом "всплытие-погружение льдины". В дальнейших исследованиях рекомендуется применять разработанную модель для различных сценариев, включающих другие типы льда и виды конструкций. Результаты статьи могут быть использованы для разработки более точных методик аналитического расчета воздействия волн и льда на сооружения.
Библиографические ссылки
Kantarzhi I. G., Afonyushkin M. S. (2023) Development of models of ice interaction with waves and structures. Paper presented at the In-ternational Scientific and Practical Symposium "The Future of the Construction Industry: Chal-lenges and Development Prospects" (FCI-2023), Moscow, 18–22 September, 2023. doi:10.1051/e3sconf/202345702036
Gurtner A., Bjerkas M., Kuehnlein W. L., Jochmann P., Konuk I. (2009) Numerical Simu-lation of Ice Action to a Lighthouse. Proceed-ings of the 28th ASME International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering OMAE2009, Honolulu, 31 May–5 June, vol. 5, pp. 175–183. doi:10.1115/OMAE2009-80164
Gurtner A., Bjerkas M., Forsberg J., Hilding D. (2010) Numerical modelling of a full scale ice event. Proceedings of the 20th IAHR Inter-national Symposium on Ice, Lahti, 14–18 June, pp. 1142–1157.
Daiyan H., Sand B. (2011) Numerical Simu-lation of the Ice-Structure Interaction in LS-DYNA. Paper presented at the 8th European LS-DYNA Conference, Strasbourg, 23–24 May, 2011.
Pang S. D., Zhang J., Poh L. H., Law E., Yap K. T. (2015) The modelling of ice-structure in-teraction with cohesive element method: Limita-tions and challenges. Proceedings of the 23rd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, Trond-heim, 14–18 June, pp. 476–489.
Herrnring H., Kellner L., Kubiczek J. M., Eh-lers S. (2019) A cohesive model for ice and its verification with tensile splitting tests. Paper presented at the 12th European LS-DYNA Con-ference, Strasbourg, 14–16 May, 2019.
Zhan K., Wan D., Yuan Z. (2020) Cohesive Element Method for Ice Load on Conical Struc-tures. Proceedings of the 30th International Ocean and Polar Engineering Conference, Shanghai, 11–16 October, pp. 743–749.
Herrnring H., Kellner L., J. Kubiczek M., Eh-lers S. (2018) Simulation of Ice-Structure Inter-action with CZM-Elements. Paper presented at the 15th German LS-Dyna Forum 2018, Bam-berg, 24th October, 2018.
Mintu S., Molyneux D. (2018) Simulation of Ice-Structure Interactions Using a Coupled SPH-DEM Method. Proceedings of the OTC Arctic Technology Conference 2018, Houston, 5–7 November, pp. 139–154. doi:10.4043/29139-MS
Jeon S., Kim Y. (2020) Numerical simulation of level ice-structure interaction using damage-based erosion model. Ocean Engineering, vol. 220, no 1, id. 108485. doi:10.1016/j.oceaneng.2020.108485
Jang H. S., Hwang S., Yoon J., Lee J. H. (2024) Numerical Analysis of Ice–Structure Im-pact: Validating Material Models and Yield Cri-teria for Prediction of Impact Pressure. Journal of Marine Science and Engineering, vol. 12, no 2, id. 229. doi:10.3390/jmse12020229
Behnen J. (2021) Simulation of Wave-Ice-Structure Interaction (Master Thesis), Hamburg: Hamburg University of Technology.
McGovern D. J., Bai W. (2014) Experi-mental study of wave-driven impact of sea ice floes on a circular cylinder. Cold Regions Sci-ence and Technology, vol. 108, pp. 36–48. doi:10.1016/j.coldregions.2014.08.008
Mintu S., Molyneux D. (2021) Experimental Study of Combined Wave and Ice Loads on a Fixed Offshore Structure. Proceedings of the 40th ASME International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering OMAE2021, Virtual Conference, 21–30 June, vol. 7, id. V007T07A010. doi:10.1115/OMAE2021-66442
Tsarau A., Sukhorukov S., Herman A., Evers K. U., Loset S. (2017). Loads on Structure and Waves in Ice (LS-WICE) project, Part 3: Ice-structure interaction under wave conditions. Proceedings of the 24th International Conference on Port and Ocean Engineering un-der Arctic Conditions, Busan, 11–16 June, pp. 560–567.
Kim H., Kedward K. T. (2000) Modeling Hail Ice Impacts and Predicting Impact Damage Initiation in Composite Structures, AIAA Jour-nal, vol. 38, no 7, pp. 1278–1288. doi:10.2514/2.1099
Tran K. Q., Hakansson L., Trinh T. T. (2017) CFD pre-study of Nozzle reactor for fast hydrothermal liquefaction. Proceedings of the 9th International Conference on Applied Energy (ICAE2017), Cardiff, 21–24 August, vol. 142, pp. 861–866. doi:10.1016/j.egypro.2017.12.138
Hallquist J. O. (2006) Equation of State Models. LS-DYNA: Theoretical manual, Liver-more: Livermore Software Technology Corpo-ration, pp. 475–477.
Salganik E. A., Shkhinek K. N. (2014) Ice induced vibrations of offshore structures. Maga-zine of Civil Engineering, vol. 48, no 4, pp. 72–107. doi:10.5862/MCE.48.8
Li X., Sui Y., Meng Y., Zhang X., Khayyer A., He M., Liang D. (2024) Theory for plunger-type wavemakers to generate second-order Stokes waves and Smoothed Particle Hydrody-namics verification. Applied Ocean Research, vol. 153, id. 104244. doi:10.1016/j.apor.2024.104244
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
