Numerical modeling of ice load formation processes on the vertical supports of offshore structures

Актуальность темы исследования. Топливно-энергетический комплекс является важным элементом российской и мировой экономики. Одной из главных тенденций его развития в настоящее время является освоение месторождений углеводородов на континентальном шельфе. Основываясь на различных данных, можно сказать, что в мире на сегодняшний момент до 35% нефти и газа добывается на шельфе и прибрежных акваториях. Основные запасы углеводородов Российской Федерации сосредоточены в районах Крайнего Севера, которые характеризуются сложными климатическими условиями. При этом большая часть этих запасов принадлежит месторождениям, расположенным на шельфе Северного Ледовитого Океана. Освоение этих месторождений требует создания специальных технических средств, что обусловлено тяжелым ледовым режимом характерным для северных морей. Добыча углеводородов на арктическом шельфе в настоящее время предполагает строительство уникальных гидротехнических сооружений – морских ледостойких платформ (МЛП), которые отличаются повышенной ответственностью. Данные платформы подвержены воздействию различных факторов окружающей среды. Важную роль в комплексе внешних сил, действующих на сооружение, играют нагрузки от дрейфующих ледяных полей. Это требует детальной оценки ледовой нагрузки при расчетном обосновании таких уникальных сооружений как морские платформы. В настоящее время для анализа воздействия ледяных образований создаются макеты проектируемых МЛП, а также специальные экспериментальные устройства, что сказывается на сроках и стоимости строительства. В современных отечественных и зарубежных нормах описаны методы оценки ледовой нагрузки, действующей на гидротехнические сооружения. Однако данные методы имеют ряд недостатков, среди которых можно выделить отсутствие на должном уровне учета анизотропных свойств льда, характера разрушения ледяного покрова в контактной зоне, влияние трещинообразования в ледяном массиве и многие другие. Также малоизучено влияние геометрических размеров сооружения на процесс его взаимодействия с ледяным покровом. Данное исследование нацелено на численное моделирование процесса разрушения ледяных образований при воздействии на вертикальные сооружения. Использование современных методов цифрового моделирования может способствовать более точной оценке воздействия льда на гидротехнические сооружения, что положительно скажется на анализе напряженно-деформированного состояния конструкций и расчетном обосновании сооружений в целом. Целью исследования является разработка методики численного моделирования процессов формирования ледовых нагрузок на вертикальные опоры шельфовых сооружений. В данной работе поставлены следующие задачи: - изучить свойства льда как материала, определить степень изученности вопроса численного моделирования взаимодействия льда и сооружений; - изучить особенности процесса взаимодействия льда и гидротехнических сооружений; - выбрать и применить математическую модель материала, учитывающую различные физические процессы и характеристики льда; - разработать алгоритм моделирования взаимодействия ледяного образования и вертикального сооружения; - провести численные эксперименты разработанной модели и исследовать полученные результаты; - произвести верификацию разработанной модели, сравнить результаты численного моделирования с экспериментальными данными. Теоретическая значимость заключается в рассмотрении особенностей численного моделирования ледовых воздействий, описании подходов, преимуществ и недостатков используемых методов. Практическая значимость заключается в том, что разрабатываемая здесь численная модель, а также методы численного моделирования взаимодействия льда и вертикальных сооружений могут способствовать более точной оценке влияния ледового режима при анализе напряженно-деформированного состояния и проектировании шельфовых сооружений и других конструкций, что положительно скажется на стоимости и скорости проектирования. В данной работе численные эксперименты выполняются в программном комплексе конечно-элементного анализа SIMULIA Abaqus. Окончательная методология и численная модель верифицируются путем сравнения результатов с экспериментальными данными. В данной работе использовались следующие методы исследования: обзор и анализ существующих исследований по теме, дедуктивная декомпозиция задачи численного моделирования взаимодействия, синтез общей методики проведения численных экспериментов, аксиоматический метод создания исходных численных моделей, качественное и математическое сравнение результатов.

Строительство. Архитектура
Диссертации

Вуз: Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)

ID: 6058a32cccefde0001e8ddd9
UUID: fe5fead0-6d44-0139-2f08-0242ac180002
Язык: Английский
Опубликовано: больше 3 лет назад
Просмотры: 10

18.2

Олег Макаров

Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)


0

Комментировать 0

Рецензировать 2

Скачать - 9,7 МБ


Поделиться работой
Current View

Рецензии:

  Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

Рецензия от Олег Макаров
Отзыв эксперта. Рецензент - зав. отделом расчетных исследований ЗАО НИЦ СтаДиО, канд. техн. наук Дмитриев Дмитрий Сергеевич

больше 3 лет назад
Рецензия от Олег Макаров
Отзыв научного руководителя на выпускную квалификационную работу. Научный руководитель - д.т.н., проф., член-корр. РААСН Александр Тевьевич Беккер

больше 3 лет назад
Для лиц старше 18 лет