Все
 
 
 


Моделирование разрывным методом Галёркина воздействия ледяного поля на вертикальную цилиндрическую опору
 
Код статьиS023408790000612-7-1
DOI10.31857/S023408790000612-7
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Миряха Владислав Андреевич 
Аффилиация: Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Московский физико-технический институт
Адрес: Российская Федерация, Москва
Петров Игорь Борисович
Аффилиация: Московский физико-технический институт
Адрес: Российская Федерация, Москва
Название журналаМатематическое моделирование
ВыпускТом 30 номер 9
Страницы111-134
АннотацияПредставлен подход к моделированию воздействия ледяного поля на цилиндрическую вертикальную опору, а также детальный обзор сопутствующих сложностей. Приведены сведения о реологии льда используемой механико-математической модели, позволяющей добиться баланса между точностью результатов моделирования и необходимым объемом вычислительных ресурсов. Описан численный метод, а также некоторые особенности моделирования и приемы, позволяющие преодолеть ряд трудностей, связанных с ресурсоемкостью вычислений. Обсуждаются характерные картины разрушений ледяных полей и распределений давления на опоры. Численные результаты, полученные в данной работе, демонстрируют возможность практического приложения механико-математической модели и её программной реализации к задачам безопасности нефтегазовых платформ на шельфе Арктики. 
Ключевые словаматематическое моделирование, механика сплошных сред, контактное взаимодействие, прочность, разрушение, морской лед, разрывный метод Галеркина
Получено28.09.2018
Дата публикации04.10.2018
Кол-во символов825
Цитировать   Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1747

Оценка читателей: голосов 0 

1. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). СНИП 2.06.04-82, 2012.
2. Правила Российского морского регистра судоходства ПБУ/МСП, 2014.
3. P. Bergan, G. Cammaert, G. Skeie, V. Tharigopula. On the potential of computational methods and numerical simulation in ice mechanics // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2010, v.10, ID 012102.
4. J.P. Dempsey. Research trends in ice mechanics // Int. J. Solids Struct., 2000, v.37, p.131-153.
5. Z.P. Bažant. Fracture Analysis and Size Effects in Failure of Sea Ice, The Mechanics of Solids:History and Evolution; A Festschrift in Honor of Arnold Kerr, M.H. Santare and Michael J. Chajes, Eds., University of Delaware Press, Newark, Delaware, 2008, p.151-170.
6. M.A. Nessim, M.S. Cheung, I.J. Jordaan. Ice action on fixed offshore structures: a stateof-the-art review // Can. J. Civ. Eng., 1987, v.14, p.381-407.
7. W. Lu, S. Løset, R. Lubbad. Simulating ice-sloping structure interactions with the cohesive element method // Proc. of the ASME 31st International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, 2012, p.1-10.
8. А.Т. Беккер. Вероятностные характеристики ледовых нагрузок на сооружения континентального шельфа. – Владивосток: Дальнаука, 2005.
9. C. Petrich, H. Eicken. Growth, structure and properties of sea ice. Sea Ice–An Introduction to Its Physics, Biology, Chemistry and Geology // eds Thomas DN, Dieckmann GS (Blackwell Scientific, London), 2010, p 22-77.
10. E. Schulson, P. Duval. Creep and Fracture of Ice // Cambridge University Press, 2009.
11. В.Н. Смирнов, В.У. Миронов. Исследования прочности, морфометрии и динамики льда в инженерных задачах при освоении шельфа в замерзающих морях // Проблемы Арктики и Антарктики, 2010, т.85, №2, с.5-15
12. L. Strub-Klein. Field Measurements and Analysis of the Morphological, Physical and Mechanical Properties of Level Ice and Sea Ice Ridges // Thesis for the degree of Philosophiae Doctor Trondheim, April 2012 Norwegian University of Science and Technology.
13. Р.В. Гольдштейн, Н.М. Осипенко. Некоторые вопросы механики прочности морского льда // Физическая мезомеханика, 2014, т.17, №6, с.59-69.
14. A. Kovacs. Sea Ice: Part II. Estimating the Full-Scale Tensile, Flexural, and Compressive Strength of First-Year Ice // CRREL Report 96-11, Sept., 1996.
15. M. Gabrielsen et al. Comparison of physical and mechanical properties of coastal ice and level ice // Proc. of 19th IAHR International Symposium on Ice, Canada, 2008, p.1-10.
16. G. Timco, W. Weeks. A review of the engineering properties of sea ice // Cold Regions Science and Technology, 2010, 60, p.107-129.
17. A. Palmer, K. Croasdale. Arctic Offshore Engineering // World Scientific Publishing Company. Singapore, 2012.
18. T. Sain, R. Narasimhan. Constitutive modeling of ice in the high strain rate regime // Int. J. of Solids and Structures, 2011, №48, p.817-827.
19. M. Määttänen. Numerical Simulation of Ice-Induced Vibrations in Offshore Structures // Keynote Lecture, in Proc. 14th Nordic Seminar on Computational Mechanics, Lund University, p.13-28, Lund, Sweden, 2001.
20. R. Staroszczyk. Loads on an Off-Shore Structure due to an Ice floe Impact // Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, 2007, v.54, №2, p.77-94.
21. K. Muggeridge, I. Jordaan. Microstructural change in ice: III. Observations from an iceberg impact zone // Journal of Glaciology, 1999, v.45, №151, p.449-455.
22. I. Jordaan. Mechanics of ice-structure interaction // Engineering Fracture Mechanics, 2001, v.68, p.1923-1960.
23. M. Lau. A Three-Dimensional Discrete Element Simulation of Ice Sheet Impacting a 60o conical Structure // Proceedings of the 16th International POAC conference. Ottawa, Ontario, Canada, 2001.
24. Hai Li, Yu Liu, Xiang Jun Bi et al. Numerical Simulation of Sea Ice Compressional Strength with Discrete Element Model // Advanced Materials Research, 2011, v.268-270. p.913-918.
25. J. Paavilainen, J. Tuhkuri, A. Polojarvi. Discrete Element Simulation of Ice Pile-Up Against an Inclined Structure // 18th IAHR International Symposium on Ice, 2006, p.177-184.
26. M. Lau, K.P. Lawrence, L. Rothenburg. Discrete element analysis of ice loads on ships and structures // Ships and Offshore Structures, 2011, v.6, №3, p.211-221.
27. T. Berglund. Ice fracture model for real-time ship simulator // Ph.D. thesis: Umeøa University, Faculty of Science and Technology, Department of Physics, 2012, 82.
28. Y. Yamauchi, K. Kamesaki, M. Hyodo Numerical Simulation on Ice-Structure Interaction during Earthquakes // Proceedings of the 20th international offshore and polar engineering conference, Beijing, 2010.
29. E. Kim. Experimental and numerical studies related to the coupled behavior of ice mass and steel structures during accidental collisions. Ph.D. thesis: Norwegian University of Science and Technology, 2014.
30. B. Sand. Nonlinear finite element simulations of ice forces on offshore structure. Doctoral thesis: Luleøa University of Technology, 2008.
31. I.J. Jordaan, J. Wells, J. Xiao et al. Ice crushing and cyclic loading in compression // Proceedings of the 19th IAHR International Symposium on Ice. Vancouver, British Columbia, Canada: 2008, p.1011-1023.
32. D. Hilding, J. Forsberg, A. Gurtner. Simulation of Loads from Drifting Ice Sheets on Offshore Structures // Proceedings of the 12th International LS-DYNA Users Conference, 2012, p.1-8.
33. K. Hyunwook. Simulation of compressive ’Cone-Shaped’ ice specimen experiments using LS-DYNA // Proceedings of the 12th International LS-DYNA Users Conference, 2014, p.1-9.
34. D. Hamid, B. Sand. Numerical Simulation of the Ice-Structure Interaction in LS-DYNA // 8th European LS-DYNA Users Conference, Strasbourg, 2011, ID 8504.
35. B. Sand, L. Fransson. Numerical simulation of level ice loads on Norstromsgrund lighthouse // Intern. Conf. on Cold Climate Technology, 26-28 May. Narvik, Norway: 2014.
36. Derradji-aouat, G.J. Earle. Ship-Structure Collisions: Development of a Numerical Model for Direct Impact Simulations, 2003, v.5, p.520-527. 
37. R.E. Gagnon, J. Wang. Numerical simulations of a tanker collision with a bergy bit incorporating hydrodynamics, a validated ice model and damage to the vessel // Cold Regions Science and Technology, 2012, v.81, p.26-35.
38. J. Shunying, L. Shewen. Interaction between sea ice/iceberg and ship structures: A review // Advances in Polar Science, 2013, v.23, №4, p.187-195.
39. S. Kan, W. Tangborn. Calculation of the Size of the Iceberg Struck by the Oil tanker Overseas Ohio. 14th IAHR Symposium on Ice, 1997.
40. Gao Yan, Hu Zhiqiang, Wang Jin. Sensitivity Analysis for Iceberg Geometry Shape in Ship-Iceberg Collision in View of Different Material Models // Mathematical Problems in Engineering. 2014, v.2014, ID 414362, 11 p.
41. И.А. Степанюк, В.Н. Смирнов. Методы измерений характеристик динамики морского льда. – Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001.
42. Z. Liu, J. Amdahl, S. Løset. Plasticity based material modelling of ice and its application to ship-iceberg impacts // Cold Reg. Sci. Technol., 2011, v.65, p.326-334.
43. D. Hilding, J. Forsberg, A. Gürtner. Simulation of ice action loads on offshore structures // 8th European LS-DYNA Users Conference, Strasbourg, 2011.
44. Yan Gao, Zhiqiang Hu, J.W. Ringsberg, Jin Wang. An elastic-plastic ice material model for ship-iceberg collision simulations // Ocean Engineering, 2015, v.102, p.27-39.
45. В.Д. Иванов, В.И. Кондауров, И.Б. Петров, А.С. Холодов. Расчет динамического деформирования и разрушения упругопластических тел сеточно-характеристическими методами // Матем. моделирование, 1990, т.2, №11, с.10-29.
46. В.А. Лобанов. Моделирование льда в задачах с конечно-элементной постановкой // Дифференциальные уравнения и процессы управления, 2008, №4, с.19-29
47. А.Н. Прокудин, В.И. Одиноков. Численное исследование процесса разрушения ледяного покрова с учётом сжимаемости и неоднородности // Вычислительная механика сплошных сред, 2013, т.6, №1, с.110-118.
48. W.F. Weeks. On sea ice. – University of Alaska Press, 2010.
49. G.E. Frankenstein, R. Garner. Equation for determining the brine volume of sea ice from −0.5 to −22.9oC // J. Glaciol, 1967, v.6, №48, p.943-944.
50. Ю.Н. Орлова. Комплексное теоретико-экспериментальное исследование поведения льда при ударных и взрывных нагрузках. – Томск: Томский госуниверситет, 2014, канд. дисс.
51. Abaqus Crushable foam plasticity models. http://www.egr.msu.edu/software/abaqus  /Documentation/docs/v6.7/books/usb/default.htm?startat=pt05ch18s03abm32.html, 2015.
52. M. Torstein. Iceberg shape characterization for damage assessment of accidental impacts with ships and offshore structures, 2013.
53. R. Duddu, H. Waisman.A nonlocal continuum damage mechanics approach to simulation of creep fracture in ice sheets // Computational Mechanics, 2013, v.51, №6, p.961-974.
54. M. Dumbser, M. Kaser. An Arbitrary High Order Discontinuous Galerkin Method for Elastic Waves on Unstructured Meshes II: The Three-Dimensional Isotropic Case // Geophysical Journal International, 2007, v.171, №3, p.1324.
55. R.L. LeVeque. Finite volume methods for hyperbolic problems. – Cambridge: Cambridge University Press, 2002.
56. E.F. Toro. Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics, 2nd ed., – Springer, 1999.
57. L.C. Wilcox, G. Stadler, C. Burstedde, O. Ghattas. A high-order discontinuous Galerkin method for wave propagation through coupled elastic-acoustic media // Journal of Computational Physics, 2010, №229, p.9373-9396.
58. А.Г. Куликовский, Н.В. Погорелов, А.Ю. Семенов. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.
59. M. Kaser, M. Dumbser. An Arbitrary High Order Discontinuous Galerkin Method for Elastic Waves on Unstructured Meshes II: The Three-Dimensional Isotropic Case // Geophysical Journal International, 2007, v.171, №3, p.1324.
60. C. Pelties et al. Three-dimensional dynamic rupture simulation with a high-order discontinuous Galerkin method on unstructured tetrahedral meshes // Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2012, v.117, №2, p.1-15.
61. В.А. Миряха, А.В. Санников, И.Б. Петров. Численное моделирование динамических процессов в твердых деформируемых телах разрывным методом Галеркина // Математическое моделирование, 2015, т. 27, №3, с.96-108.
62. В.А. Бирюков, В.А. Миряха, И.Б. Петров. Анализ зависимости глобальной нагрузки от механических параметров льда при взаимодействии ледяного поля с конструкцией путем численного моделирования // ДАН, 2017, т.474, №6, с.697-694.
63. В.А. Бирюков, В.А. Миряха, И.Б. Петров, Н.И. Хохлов. Моделирование распространения упругих волн в геологической среде: сравнение результатов трех численных методов // Ж. выч. мат. и мат. физики, 2016, т.56, №6, с.1104-1114.
64. Quasi-Static Analyses, Lecture 5, e-library ABAQUS http://imechanica.org/files/l5-quasistatic.pdf. 
65. G. Van der Bergen. Efficient collision detection of complex deformable models using AABB trees // Journal of Graphics Tools, 1997, v.4, №2, pp. 1-13.
66. А.В. Санников, B.A. Миряха, И.Б. Петров. Численное моделирование экспериментов по исследованию прочности льда // Труды третьей международной научной конференции “Полярная механика”, 27-30 сентября 2016г., г.Владивосток, с.141-150.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх