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冰冲击试验技术研发和现场实验研究
| 论文题名： | 冰冲击试验技术研发和现场实验研究 |
| 关键词： | 破冰航行;原位试验;冰冲击试验;破坏形式 |
| 摘要： | 随着全球气候增暖大背景下的北极海冰快速变化，北极航运与资源开发已经成为世界各国关注的热点问题。海冰力学特性是冰区船舶在设计与安全运行时所必须考虑的重要参数。冰区船舶在破冰航行过程中与冰的作用速度已经超出了传统冰压缩强度试验的范围，因此为探究撞击作用下冰的破坏机制，在前人研究的基础上，自行设计研发了适用于不同场景的冰冲击试验机、落锤式冲击试验机以及原位摆锤冲击试验机；其中冰冲击试验机适合在室内外进行设备验证以及冲击试验，后两者适用于在现场进行原位冲击试验。于2019-2020年冬季在辽东湾滨海咸水湖，使用自行研发的冰冲击试验机分别在5种冲击速度、3种冲击头形状以及9种冲击头尺寸条件下对2种尺寸的冰样开展了冲击试验研究。并于2020-2021年冬季在同样的地点使用落锤式冲击试验机和原位摆锤冲击试验机在不同的冲击速度和冲击头质量下对冰面进行了原位冲击试验。 试验结果验证了试验设备和测试技术的可行性，同时表明大截面冰样受冲击后破坏程度较低，而所承受的冲击荷载较大。冲击头形状是影响冰样破坏形式的重要因素，在冲击动能和试样尺寸一致时，形状导致的试样破坏越严重，冲击荷载将越小。而对于同种类型冲击头而言，冲击速度较小时，冰样无明显破坏，冲击荷载随冲击速度增加而增加；当冲击速度较高时，冰样发生明显破坏，冲击荷载随速度的增加反而减小。落锤式冲击试验表明随着速度和质量的增加，落锤冲击试验对冰面造成的破坏更加严重，在达到某“临界能量”之前，冰体的破坏程度逐渐增大但不会出现严重破坏且测得的冲击荷载随能量的增大逐渐增大，冲击能量越接近“临界能量”时，冲击荷载随能量的增大趋势会减缓直至出现峰值。原位摆锤冲击试验结果表明浮冰的抗冲击能力弱于固结冰，所测得的冲击荷载也小于固结冰且两种模式的冰样对应的冲击破坏形式差异巨大，浮冰会发生十分严重的破坏，其对应的冲击荷载随冲击头尺寸的增大并不明显；随着冲击头直径的增大，冰体被破坏程度也随之增大，但没有发生严重的碎裂情况，即冰体并没有失去承载能力。 本文研发的试验设备和实验技术能够模拟的船-冰实际碰撞过程，对于冰冲击破坏机理和力学性质研究有重要意义。 |
| 作者： | 崔一诺 |
| 专业： | 港口海岸与近海工程 |
| 导师： | 卢鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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