船舶与海洋工程结构冰载荷:现场监测及应用

目录前言第1章 绪论 1 1.1 船舶与海洋工程结构冰载荷研究的工程需求 2 1.1.1 极地航行运输及科学考察中的冰载荷问题 2 1.1.2 渤海冰区及极地油气开发中的冰载荷问题 6 1.1.3 其他寒区资源开发中的冰载荷问题 12 1.1.4 极地军事战略中的冰载荷问题 15 1.2 极地海冰分布特性及物理力学性质研究 18 1.2.1 海冰分布特性观测 19 1.2.2 海冰物理力学性质试验 21 1.3 船舶与海洋工程结构冰载荷的现场测量及模型试验研究 25 1.3.1 船舶结构冰载荷的现场测量 25 1.3.2 海洋工程结构冰载荷的现场测量 31 1.3.3 船舶与海洋工程结构冰载荷的模型试验 38 1.4 人工智能在极地海洋工程中的应用 42 1.4.1 人工智能技术 42 1.4.2 海冰分类及参数识别 43 1.4.3 海冰强度预测及冰载荷识别 46 1.4.4 冰区航行风险评估及航线规划 47 1.5 小结 48 参考文献 49 第2章 海冰分布类型及物理力学性质 59 2.1 海冰的主要类型 59 2.1.1 平整冰 59 2.1.2 碎冰 64 2.1.3 重叠冰 66 2.1.4 冰脊 68 2.1.5 多年冰 71 2.1.6 冰山 722.2 海冰的物理性质 74 2.2.1 海冰的晶体结构 74 2.2.2 海冰物理性质的时空分布特性 81 2.3 海冰的力学性质 89 2.3.1 海冰的强度 89 2.3.2 海冰的摩擦系数 103 2.3.3 海冰的弹性模量与泊松比 106 2.4 海冰的热力学和动力学过程 108 2.4.1 海冰的热力学过程 109 2.4.2 海冰的动力学过程 114 2.4.3 海冰热力–动力学过程的数值方法 122 2.5 小结.129 参考文献 130 第3章 船舶结构冰载荷的现场测量 138 3.1 船舶结构冰载荷的监测系统 138 3.1.1 基于“雪龙”号科学考察船的船舶结构冰载荷监测系统 138 3.1.2 航线内冰情监测 140 3.1.3 船舶结构冰激响应监测 142 3.2 船舶结构冰载荷的识别方法 146 3.2.1 基于影响系数矩阵的船舶结构冰载荷识别 146 3.2.2 基于格林核函数与正则化算法的船舶结构动载荷识别 150 3.2.3 基于支持向量机的船舶结构冰载荷远场识别 159 3.2.4 失效测点影响下船舶结构冰载荷的有效识别方法 168 3.3 船舶结构冰载荷的测量分析 173 3.3.1 典型极地船舶的冰载荷测量分析 173 3.3.2 我国极地科学考察中的冰载荷测量分析 185 3.3.3 我国北极货运航行中的冰载荷测量分析 190 3.4 小结 193 参考文献 194 第4章 海洋工程结构冰载荷的现场测量 201 4.1 基于渤海油气平台的海洋工程结构冰载荷监测系统 201 4.1.1 海冰参数观测 203 4.1.2 冰载荷现场测量 209 4.2 直立海洋工程结构冰载荷的测量分析 212 4.2.1 直立结构静冰载荷分析2134.2.2 直立结构动冰载荷分析 214 4.3 锥体海洋工程结构冰载荷的测量分析 222 4.3.1 锥体结构静冰载荷分析 223 4.3.2 海冰与锥体结构的相互作用机理 226 4.3.3 锥体结构动冰载荷分析 231 4.4 小结 235 参考文献 235 第5章 船舶与海洋工程结构的冰激疲劳分析 238 5.1 船舶与海洋工程结构冰激疲劳的分析方法 238 5.1.1 冰激疲劳环境模型 238 5.1.2 S-N曲线和累积损伤模型 240 5.1.3 热点应力幅值的分析方法 243 5.1.4 冰激疲劳的评估流程 249 5.2 船舶结构的冰激疲劳分析 250 5.2.1 冰激疲劳环境参数与疲劳工况 251 5.2.2 实测冰载荷作用下的船舶结构应力分析 253 5.2.3 船舶结构冰激疲劳损伤评估 257 5.3 海洋工程结构的冰激疲劳分析 260 5.3.1 冰激疲劳环境参数与疲劳工况 260 5.3.2 海洋工程结构的时域冰激疲劳分析 263 5.3.3 海洋工程结构的频域冰激疲劳分析 267 5.4 小结.271 参考文献 271 第6章 船舶与海洋工程结构的冰载荷设计和抗冰性能.274 6.1 船舶结构冰载荷 274 6.1.1 基于冰级规范的船舶冰载荷 275 6.1.2 船舶冰阻力经验公式 280 6.1.3 船舶冰载荷时空分布特性 285 6.2 海洋工程结构冰载荷 290 6.2.1 直立海洋工程结构冰载荷 290 6.2.2 锥体海洋工程结构冰载荷 296 6.2.3 非规则结构的冰载荷 305 6.3 船舶与海洋工程结构的抗冰性能 309 6.3.1 船舶结构的抗冰性能 309 6.3.2 海洋工程结构的抗冰性能 3126.4 小结 323 参考文献 324