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随着我国近海油气资源开发的不断深入,由海冰引起的问题越来越多,对冰与柔性直立结构的相互作用的研究成为解决这一重大问题的关键。现场监测结果表明,近海平台在海冰的作用下会发生自激振动现象,并能造成很大的危害。而自激振动又恰恰发生在冰的韧脆转变范围内。为了研究自激振动的产生机理,建立力学模型必须研究韧脆转变机制以及其对自激振动的反馈。
本文首先回顾了国内外关于韧脆转变以及冰力学的研究现状,在总结前人已有工作的基础上,阐述了三种国际上公认的韧脆转变模型。
接下来本文对韧脆转变的实验及机理进行了研究。此次单轴压缩实验共有6块冰试样,在10-3-10-5/s内,分别以不同的加载速率加载实验采用柱状冰,通过常应变速率的单轴压缩实验观测到了典型的韧性与脆性的破坏形式,并得到冰韧脆转变点处的应变速率。
本文还对冰致自激振动中冰与柔性直立结构的相互作用进行了研究。描述了自激振动与冰的频率锁定现象,并分相位的对相互作用的物理过程进行了讨论。定性分析了冰振系统中的能量输入输出的稳定性,最后得出结论,在一定的条件下,这种冰振系统具有一定的稳定性,在发生微小扰动的时候,能够回复到能量收支平衡的状态,是一个稳定的系统。
最后一部分讨论了锯齿型冰力函数模型,提出了锯齿型冰力函数并对其验证,通过计算得出在周期性激励下的响应,还对锯齿型模型进行了改进。最后,根据锯齿型冰力模型得出自激振动与连续挤压破坏发生的转变速率。