刘建强,蒋兴伟,王丽丽,叶小敏,丁静,曾韬,宋庆君,孙从容,邹斌[1]（2021）在《海洋一号C、D卫星组网观测与应用》文中指出一、前言21世纪是海洋的世纪,利用空间遥感技术对海洋进行立体、动态监测已成为当今海洋监测的重要手段。在《中国的航天》（2000年版）白皮书中指出,海洋系列卫星是我国"长期稳定运行的卫星对地观测体系"重要组成部分。其中海洋一号系列卫星主要用于海洋水色、水温环境要素探测,为我国海洋生物资源开发利用、河口港湾的建设和治理、
吴甜宇[2]（2020）在《动冰荷载作用下渤海海域桥梁结构反应分析和安全评估方法研究》文中进行了进一步梳理渤海是我国冰情最为严重的海域,动冰荷载作为渤海海域桥梁结构的一种特殊荷载,可能引起结构强烈振动,影响结构正常运营,甚至引发结构疲劳破坏。然而,目前缺乏针对动冰荷载作用下桥梁结构疲劳损伤和行车安全等问题的评估方法,使得桥梁抗冰设计缺乏依据。因此,本文针对渤海海域冰激桥梁结构振动问题,通过对随机冰力和自激冰力两种动冰荷载模式的研究,分别建立了冰致桥梁随机振动和稳态振动下桥梁结构反应分析模型,提出了随机冰力作用下桥梁结构的疲劳损伤评估方法和自激冰力作用下桥上行车安全评估方法,为渤海海域桥梁抗冰设计提供理论依据奠定了基础。主要研究内容和结论有:（1）通过对现场实测冰力数据的回归分析,给出了考虑冰速效应的有效冰压计算公式,有效地提高了结构所受局部极值冰力的计算精度。针对直立海洋圆形迎冰结构,考虑入射角和切向冰力的影响,通过构建结构总冰力谱矩阵,给出了由局部极值冰力合成结构总冰力的计算方法,实现了直立海洋宽结构随机冰力过程的模拟。通过与实测灯塔结构冰力数据的对比,发现模拟得到的结构总冰力与现场实测结果较为接近,验证了该方法的正确性。利用该方法能够对结构的随机冰力过程进行大规模地模拟,提供结构抗冰设计所需的极值冰力统计特征。（2）通过考虑冰的弹性变形、冰的挤压破坏断裂长度以及冰的挤压强度-应力速率非线性关系,建立了基于负阻尼效应的冰激结构自激振动模拟方法。利用该方法能够模拟冰激结构稳态振动响应及自激冰力,重现冰与结构相互作用过程中的频率锁定现象。通过与缩尺模型试验和现场实测结构冰振数据的对比分析,发现模拟冰力和结构振动与测量结果基本一致,表明该方法具有较高的模拟精度。（3）基于渤海海域典型的地质、水文和冰力条件,考虑了水动力和软弱地基非线性的共同影响,分别建立了随机冰力和自激冰力作用下桥梁结构反应分析模型。以典型的渤海海域桥梁可行方案为例,分别开展了冰致桥梁结构的随机振动和稳态振动研究,获得了不同地基和水深条件下桥梁结构的动力反应规律。研究结果表明,软弱地基和深水条件对桥梁结构的动力反应具有明显的放大作用;在结构发生稳态振动时,自激冰力的主频率被桥梁结构的振动频率所控制,桥梁结构的动力反应很大程度上取决于冰的速度,揭示了冰激桥梁稳态振动时冰与桥梁结构的耦合作用机理。（4）冰致随机振动发生频次高、持续时间长,是进行冰激结构疲劳损伤分析应该重点考虑的振动模式。为此,利用渤海冰参数的统计模型,给出了渤海冰参数的联合概率分布,提出了考虑冰参数组合概率的冰激桥梁结构疲劳损伤评估方法。基于雨流循环计数法和Palmgren-Miner法则,对不同水深和地基条件下的冰激桥梁累积疲劳损伤情况进行了分析。研究结果表明,软弱地基和深水条件均会导致桥梁结构的累积疲劳损伤增大,即降低了结构的疲劳寿命;通过对桥梁钢管桩截面的应力分析,得到了截面应力点的累积疲劳损伤分布规律,为冰致桥梁疲劳设计提供了参考依据。（5）冰致稳态振动发生概率低,但振幅较大,可能严重影响桥上行车安全性。为此,本文利用罚函数法定义了车轮与桥面之间的接触关系,通过车辆和桥梁之间的接触力实现了车-桥耦合作用,进而利用本文提出的冰激结构自激振动模拟方法,建立了车-桥-冰相互作用系统的动力分析框架,提出了冰致桥梁稳态振动下桥上行车安全性及舒适性的评估方法。研究结果表明,车辆与桥梁的交互作用受到了冰力与车速的双重影响;随着冰力和车速的增大,车辆的侧滑抗力显着降低,在本文提出的最不利工况下,车辆未发生滑移,但接近侧滑状态;在无冰情况下,驾驶员的行车舒适度没有受到影响,但随着冰力和车速的增大,行车舒适度随之降低。通过本文桥型的计算,发现存在行车舒适性问题,推广到其他桥梁,如果车辆、结构、冰力等计算参数发生变化,则会影响行车舒适度的评价结果。
陈晓东[3]（2019）在《海冰与海水间热力作用过程及海冰单轴压缩强度特性的试验研究》文中指出海冰的力学性质与破坏机理是冰区海洋结构与船舶等工业装备的主要设计依据。在风、浪、流等海洋环境驱动下,海冰受拉伸、挤压或剪切作用而发生断裂、破碎并可形成冰脊。此时,海冰厚度可在短期内成倍增长,但其力学性质却又与平整冰有很大差异。对于通过再冻结所形成的重叠冰或冰脊固结层等类型海冰,其强度不仅由平整冰的力学性质所决定,同时也与热力学影响下的冻结层冰晶结构密切相关。综合考虑热力学冻结过程与材料破坏机理是衡量冰载荷特性以及工程应用的有效途径。为此,本文以平整冰、冰脊和重叠冰为研究对象,分别对其冰-水间的热力作用过程及力学性质开展系统的研究。在海冰热力过程研究中,通过浸没试验分析海冰与海水间的瞬态热交换过程,以分析该过程中冰温与冰厚的变化特点,得到了新生冰在细观尺度下的冰晶结构特点及影响因素;在海冰力学性质的研究中,通过现场实测分别对平整冰与重叠冰进行单轴压缩试验,确定了两种类型海冰的强度特征与破坏模式,并结合冻结层的结构特点分析了两种海冰单轴压缩强度的差异性。本文研究内容主要包括以下几个方面:通过浸没试验和有限差分数值模拟研究了冰在瞬态热力作用过程中的冰温变化特点及相变特性。在瞬态热力作用过程中,冰水界面处的温差引起冰水间较强的热交换。根据瞬态热传导过程中冰温与冰厚的变化特征,在模型试验与数值模拟基础上进行的量纲分析表明,无量纲冰温仅随傅立叶数变化,而无量纲冰厚增长则由斯蒂芬数、影响热对流的初始冰温与初始冰厚共同决定。通过量纲分析得到了冰温与冰厚变化的无量纲关系式,并可通过该关系式对不同初始条件下的冰温变化与最终冰厚增长量进行预测。由于盐分使盐水冰的比热与盐水的相变热等热力学性质成为受温度与盐度影响的动态参数,并由此改变了瞬态热力作用过程中的冰温与冰厚变化特性。在盐水冰瞬态热传递过程中,冰厚变化率与盐度呈正相关的对应关系;冰温升高速率随着盐度增加而逐渐减弱。在相同的热传递条件下,新生冰厚度随水的盐度增加而明显增厚。通过对新生冰细观冰晶结构的测量发现,冰的生长过程本质上为水的结晶过程与排盐过程之间的相互竞争。当相变速率较慢且水的盐度较低时,冰在生长过程中能够有效排出水中的盐分,所形成的冰晶尺寸较大且冰水界面较为平滑;当相变速率较快且水的盐度较高时,生长过程中卤水通道的密度增加且冰水界面处的高盐度“过冷层”显着地抑制了冰的生长,此时产生的冰晶直径较小,且冰水界面处容易产生凹凸不平的“针状”结构。试验结果还进一步表明,冰晶直径与初始冰温-结冰点之间的温差、盐水的盐度呈反比,与冰的盐度呈正比。由此可知,冰水界面处的几何形态及冰晶结构与冰的生长速率、盐水的盐度密切相关。通过现场试验研究了平整冰在单轴压缩作用下的韧-脆转化及各向异性特点。在不同加载速率与加载方向下测量了海冰的应力、应变与宏观破坏模式。在低应变速率下,海冰的变形过程主要由冰晶之间的位错滑移作用产生并受到卤水的润滑作用,在宏观上由蠕变过程主导并最终产生韧性破坏;在高应变速率下,裂纹尖端的应力集中无法通过蠕变作用缓解而在宏观上表现出脆性破坏特征;当应变速率满足试样由蠕变向裂纹生长的临界条件时,海冰发生韧-脆转化。由于海冰内部晶体的柱状结构特点,外载荷与冰晶之间的相对方向对海冰的破坏模式及强度产生显着的影响。海冰在竖直方向的压缩强度要明显高于水平方向的压缩强度。本文试验表明海冰在竖直方向的压缩强度是水平方向的三倍左右,而发生韧-脆转化的临界应变速率降低约一个量级。在渤海自然环境下,本文制作生成重叠冰并保留海冰表面的几何特征,对重叠冰进行了不同加载速率下的单轴压缩试验。该重叠冰主要由上层平整冰、水下平整冰、两层之间的冻结层三部分组成。在低应变速率下,重叠冰内部主要发生韧性破坏。由于冻结层对蠕变过程中的晶间滑移位错过程的影响较小,因此重叠冰与平整冰的强度较为接近。在高应变速率下,重叠冰主要发生脆性破坏。此时裂纹有较大几率在冻结层的粒状晶体间穿过,其不同于平整冰的柱状冰晶破坏,因此重叠冰在高加载速率下的强度明显低于平整冰。重叠冰发生韧-脆转化的应变速率要低于平整冰。最后,对本文的主要研究工作进行了总结,并对海冰物理力学性质试验中的主要问题进行了讨论和展望。
龙雪[4]（2019）在《海洋结构物作用下海冰破坏模式及冰载荷的离散元分析》文中指出随着人类在寒冷地区的资源开发活动日益频繁,海冰与海洋结构物的相互作用会对结构稳定性和人员安全造成严重威胁。为此,人们开展了针对海冰的物理力学性质及结构冰载荷的大量研究,其主要研究手段包括现场监测、模型试验和理论分析等。近年来,数值模拟方法在海冰与海洋结构相互作用过程的冰载荷计算中也得到了发展。由于海冰具有脆性材料的力学特性,传统的有限元方法难以准确描述海冰的破坏模式。离散元方法被广泛用于岩石、陶瓷、玻璃等脆性材料的破碎过程分析中,而采用具有粘结和失效功能的离散元方法可对海冰破碎、重叠和堆积等动力过程进行有效模拟。此外,采用基于GPU的并行计算技术可提高离散元模拟的计算效率和规模,使该方法可应用于海冰工程的大规模数值模拟中。目前,在离散元方法中建立合理的粘结模型和失效准则以描述海冰在与海洋结构相互作用过程中的力学行为,并揭示海冰破坏模式与结构冰载荷之间的关系,是离散元方法在海冰工程中的重要研究内容。本文采用面向海冰工程的离散元数值方法模拟海冰与海洋结构物间的相互作用过程,开展了离散元方法的粘结和失效准则、针对海冰材料的宏微观参数关系、基于GPU的并行算法等研究,重点分析了不同海洋结构类型和海冰参数下结构冰载荷特性及海冰破坏模式的变化规律。具体的研究工作可分为以下几点:（1）通过具有粘结功能的球体单元构造了海冰模型,分别对球体单元的平行粘结模型、拉剪分区断裂准则、混合断裂准则、线性接触模型和运动方程进行了详细说明,提出了基于GPU并行的离散元算法及其在工程海冰应用中的改进方法。（2）通过模拟海冰单轴压缩试验和三点弯曲试验,建立海冰强度与微观离散元参数之间关系,提出了由海冰的压缩强度和弯曲强度确定离散元颗粒单元间粘结强度及内摩擦系数的计算方法,并根据正交试验原理分析离散元参数对模拟结果的敏感性,确定重要参数的合理取值范围。（3）针对海冰与锥体结构作用过程进行模拟,将结构冰载荷和海冰破坏模式与渤海实测数据及汉堡试验数据进行对比,验证了离散元参数选取方法的可靠性。研究发现海冰与锥体结构相互作用时主要发生弯曲破坏,其破坏过程受到锥体倾斜角度、锥体直径、冰速、冰厚及冰锥作用位置等因素影响,可导致结构冰载荷的变化;从宏观海冰破碎裂纹的产生和扩展及微观颗粒单元间的粘结失效模式两个方面,对海冰破坏模式变化过程进行分析,并提出了锥体静冰力的计算公式。（4）采用拉剪分区断裂准则和考虑损伤的混合断裂准则分别模拟海冰与直立结构作用时海冰的破碎过程,对比结果表明混合断裂准则更适用于海冰挤压破碎过程的模拟。采用该方法研究冰速对其挤压破碎的影响,结果表明海冰在较高冰速下发生脆性挤压破坏,使结构产生随机振动:而在较低冰速下则会发生韧性挤压破坏,使结构产生稳态振动。结合冰载荷、结构振动、海冰与结构的相对运动速度及单元间粘结失效次数的变化特征,揭示了较低冰速下海冰韧脆转变的物理过程。由此说明海冰的挤压破坏过程不仅与自身力学性质有关,还受到结构振动的影响,从而验证了较低冰速下结构稳态振动具有自激振动特性。此外,在海冰与直立结构相互作用过程的离散元模拟中分析了结构上的冰压力分布特性,并深入研究了高压区的产生机理。（5）对核电站取水口浮冰的堆积作用及海冰与核动力浮式平台的相互作用过程进行离散元模拟。根据浮冰的形状特点构建其离散元模型,同时考虑了风和流作用下浮冰在取水口处的堆积过程。采用离散元方法分析了海冰的平均尺寸、密集度及流速三个因素对海冰堆积过程的影响,从而对海冰堆积高度进行了合理预判,降低了核电站取水口浮冰堆积造成的阻塞危险。核动力浮式平台在冰区作业时需要具有良好的抗冰性能,采用离散元方法模拟了海冰与其作用过程并分析了平台结构的冰载荷,为结构的抗冰设计提供了合理参考。最后,对海冰与海洋结构物相互作用的离散元分析工作进行了总结,并对后续工作的研究方向进行了展望。
刘璐[5]（2019）在《扩展多面体离散元方法及其在海洋结构冰载荷分析中的应用》文中进行了进一步梳理颗粒材料广泛存在于自然界和工程实践中,对人类的生产生活具有重要影响。颗粒材料在宏观上表现出极其复杂的特点,如强非线性、类固液特性等。人们对颗粒物质力学特性的物理机理研究依然存在很多不足,尚需精细化研究颗粒材料内部颗粒之间的相互作用机制及其动力学过程。离散单元法以单个颗粒作为研究对象,建立颗粒之间相互作用的本构关系进而描述颗粒材料的宏观力学行为,可对颗粒材料进行多尺度分析。另外,海冰的分布和形态在不同尺度上均表现出明显的离散性,在离散元中建立粘结-破碎模型可对海冰的破碎过程进行分析,在海冰与结构的相互作用模拟中应用广泛。作为颗粒材料数值分析的主要方法,离散元在颗粒单元形态、接触模型、粘结-破碎模型等方面发展迅速。目前,由于球体单元几何构成简单、接触及粘结模型发展成熟,其在离散元中作为单元的几何表征被大量采用。但真实颗粒大多表现为非规则形态,球体单元难以描述非规则单元的咬合、自锁等特殊现象。构造非规则形态的颗粒单元,并建立相应的接触搜索、接触力模型,是目前离散元方法发展的重要方向。围绕离散元方法中非规则颗粒单元的构造,本文将基于闵可夫斯基和原理构造的扩展多面体单元作为研究对象,开展了扩展多面体接触搜索方法、接触力模型、粘结-破碎模型、流固耦合模型等研究工作,主要包括:（1）基于闵可夫斯基和原理构造扩展多面体单元,根据扩展多面体的表面几何特点建立基于几何的接触搜索方法。同时,根据接触点处两单元的表面曲率计算接触刚度,并采用经典的Hertz模型计算单元之间的接触力。采用典型算例的理论解验证了该方法的正确性。（2）采用二阶多面体扩展函数和球面函数的加权求和形式作为扩展多面体的包络函数,通过扩展多面体对应包络函数之间的优化模型求解接触中心点,根据简单几何关系得到接触法向和重叠量,从而采用单接触点的接触力模型计算单元间接触力。通过相关算例验证了方法的参数收敛性和可靠性。（3）在单元之间的交界面上建立粘结节点并计算节点之间的应变和应力,实现单元之间的粘结作用;采用拉伸和剪切应力和强度建立极限强度准则,考虑极限强度之后的损伤过程并采用Benzeggagh-Kenane模型计算混合断裂能,根据极限变形判断粘结作用的失效,建立粘结强度的判别方法。通过巴西盘试验分析了断裂参数对破坏模式及破坏强度的影响。（4）考虑张力修正和人工粘度项,采用弱可压缩格式的SPH模型发展流体动力学模拟方法。针对扩展多面体和流体之间形成的复杂几何界面,采用考虑流体深度修正的排斥力模型计算扩展多面体和SPH粒子之间的作用力,建立了基于扩展多面体离散元和SPH的流固耦合方法。（5）建立了基于2D Voronoi切割的海冰初始场生成方法,采用扩展多面体离散元方法模拟碎冰、平整冰与浮式平台、斜坡结构以及船体结构的相互作用过程,分析结构冰载荷并与现场实测数据和ISO标准进行了对比验证,同时分析了多船工况下海冰破坏模式的特点。采用DEM-SPH耦合方法计算了平整冰在波浪作用下的破碎过程,并模拟了波浪条件下碎冰与结构的相互作用过程,分析了结构上的冰载荷。最后,对本文在扩展多面体离散元方法的研究工作进行了总结,并给出了后续工作的研究重点。
王庆凯[6]（2019）在《北极航道融冰期海冰物理和力学工程参数研究》文中指出随着全球气候变暖,北冰洋海冰在夏季加速消融,北极通航有望实现。北极航行的相关工程问题愈发引起人们的关注,极地船舶冰阻力的合理设计正是关键问题之一。海冰在融冰期由于融化而表现出不同的物理和力学性质,获取准确的融冰期北冰洋海冰物理和力学工程参数已经成为极地船舶冰阻力设计的掣肘。本文基于中国北极科学考察期间开展的海冰厚度和密集度观测、海冰物理参数观测、海冰单轴压缩强度试验以及渤海海冰动摩擦系数相似试验,对北极夏季航行船舶冰阻力计算所需的融冰期北冰洋海冰物理和力学参数进行深入研究。融冰期北冰洋海冰厚度和密集度均随纬度的增加而增加,并且楚科奇海、波弗特海和北冰洋中央海域海冰厚度分布近似服从正态分布。利用走航观测的海冰密集度对融冰期被动微波遥感海冰密集度进行比较,发现融池影响后者的精度,随着融池增多,被动微波遥感海冰密集度发生低估。2008～2016年融冰期北冰洋冰层温度为-2.7～-0.3℃,盐度为0.4‰～3.0‰,密度为601.6～903.2 kg/m3,卤水体积分数为 21.7‰～259.3‰空气体积分数为 34.4‰～380.3‰。以上各参数在楚科奇海、波弗特海和北冰洋中央海域均未表现出显着的空间差异,而冰层温度和卤水体积分数在2008～2016年呈增加趋势。此外,晶体结构观测结果表明北冰洋海冰的生长模式以热力学生长为主。融冰期北冰洋海冰垂直冰面方向单轴压缩强度随应变速率的增加先增大后减小,随孔隙率的增加而减小;以应变速率和孔隙率为参数可以建立融冰期北冰洋海冰单轴压缩强度的参数化方程。将实测的各冰站冰层孔隙率剖面代入该方程可以得到相应冰层垂直冰面方向的单轴压缩强度,2010～2016年融冰期北冰洋冰层垂直冰面方向单轴压缩强度极大值为2.07～3.83 MPa。以极地船舶冰区航行时相对冰层表面的运动方向和相应的速度大小为试验条件开展海冰动摩擦系数的原位相似试验。结果发现海冰动摩擦系数与运动方向无关,但随速度的增加而增加。此外,气温和正压力也对海冰动摩擦系数产生影响。用试验数据对冰摩擦理论模型进行验证,发现速度-状态本构模型能够较好地评估海冰动摩擦系数。本文研究海域包括北极航道途经的楚科奇海、波弗特海和北冰洋中央海域。为北极夏季航行设计船舶冰阻力提供科学依据,本文最后给出了融冰期以上海域船舶冰阻力计算所需的海冰物理和力学参数建议值。
刘眉洁[7]（2016）在《基于高分辨率极化SAR的海冰分类和厚度探测方法研究》文中指出近年来合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的观测性能得到了极大提升,不仅图像分辨率呈现跨越式发展（从几十/百米级提升至米级甚至亚米级）,而且极化信息更为丰富（从单极化变为全极化）。SAR观测能力的提高,为海冰分类和厚度探测带来了新的机遇和挑战。在SAR海冰分类方面,目前应用最为成熟的方法是基于海冰伴生关系的二次分类方法,然而该方法是针对中低分辨率SAR发展的,所建立的海冰伴生关系也是针对中低分辨率SAR数据的,不适用于高分辨率SAR影像,因此需发展新的适用于高分辨率SAR的海冰分类方法。在海冰厚度探测方面,极化SAR数据的出现为精确反演海冰厚度提供了可能,如何充分发挥SAR极化信息的优势,建立极化SAR海冰厚度反演方法,深入研究高精度海冰厚度探测方法具有重要理论意义和实际应用价值。因此,本文的研究目标是发展基于高分辨率极化SAR的海冰分类和厚度探测方法,为海冰遥感监测提供新的技术途径。论文由四部分研究内容组成:（1）海冰微波散射特性是SAR海冰分类和海冰厚度探测的研究基础,针对渤海海冰微波散射特性研究尚属空白的问题,在渤海首次开展多波段、多极化海冰微波散射实验。利用实验数据开展多波段、多极化渤海海冰微波散射特性研究,提出适用于渤海海冰分类和厚度探测的雷达波段和入射角等参数信息,为渤海海域高分极化SAR海冰分类和厚度探测方法研究提供了科学合理数据源的选取依据。（2）在海冰分类方面,提出一种面向高分SAR的海冰二次分类规则和基于置信度的改进海冰二次分类方法。首先,利用高分SAR海冰影像中反映出的新的海冰类型的伴生关系建立了新的适用于高分SAR的海冰二次分类规则集。然后,针对经典的基于伴生关系的海冰二次分类方法可能将正确的海冰类型修改为错误类型的问题,引入分类置信度函数,应用该函数实现了在一定程度上解决类型误判的问题。在此基础上,建立了基于伴生关系的高分SAR海冰二次分类方法,可为海冰参数反演专家系统的构建提供可靠的海冰类型的专家知识和规则。经渤海海冰高分SAR数据验证,该方法能够在一定程度上提高海冰分类精度。最后,对该方法与经典的二次分类方法抗相干斑噪声的性能进行了对比和分析,仿真结果表明该方法具有良好的抗噪性能。（3）在海冰厚度探测方面,提出一种基于极化Alpha角的海冰厚度探测方法。通过分析19种海冰SAR极化特征对一年平整冰厚度的响应特性,得出最优特征,即极化Alpha角与海冰厚度具有强相关性,从而建立了一种基于极化Alpha角的海冰厚度探测模型。经北极海冰极化SAR数据和同步冰厚实测数据检验,该方法的海冰厚度探测精度优于经典方法。（4）针对高分和极化兼备的SAR数据应用问题,提出了一种联合高分极化SAR海冰分类和厚度探测结果信息进行一体化海冰参数反演的方法。该方法在利用本文所提出的基于伴生关系的高分SAR海冰二次分类方法得到的海冰分类结果和基于极化Alpha角的海冰厚度探测方法获取的海冰厚度探测结果的基础上,利用海冰类型和海冰厚度之间的对应关系作为相互约束条件,实现对海冰类型和海冰厚度结果的相互修正,并可为海冰参数反演专家系统的构建提供可靠的海冰类型和厚度的专家知识和规则。利用北极海冰高分极化SAR数据和同步实测冰厚数据对一体化海冰参数反演的方法进行了验证,反演结果表明一体化方法明显优于独立反演方法。
王安良[8]（2014）在《基于强度试验和立体监测的海冰离散元模型及工程应用》文中进行了进一步梳理作为一种自然现象,海冰在大气和海洋作用下呈现出复杂的热力-动力过程,并约占全球海洋表面的10%。在海冰覆盖区域,冰盖往往处于不稳定状态,并容易破碎形成浮冰块。浮冰在风和海流的作用下可以达到快速的漂移速度,并且漂移方向不断转换。这增加了海冰监测和数值预报的难度,给寒区海上油气作业、船舶航行、渔业养殖和科学研究等带来很大的威胁。然而,随着全球气候的变暖与能源供应的紧张,人们在寒区的活动呈现不断增加的趋势。海冰无疑增加了人们在该区域活动的工程复杂性。如何应对不利的海冰环境进而保证人们活动的安全性与经济性,将是拓展寒区开发空间需要面对的新挑战。本文以海冰物理力学性质试验与不同尺度上海冰要素（厚度、密集度与速度）的立体监测为基础,分析工程海冰的力学性质,研究海冰要素的动力特性。利用符合蓄能方式的海冰热力学数值方法与反映海冰非连续分布特性的离散单元方法,建立了海冰数值预测的高精度数值模型。在以上研究的基础上,本文进一步研发了用于油气作业区海冰管理的工程海冰数值模拟和预报系统。本文工作主要包括以下研究内容：首先,通过环渤海沿岸海冰的物理力学性质试验分析了海冰弯曲强度、单轴压缩强度与侧限压缩强度的影响因素,并重点确立了海冰强度在多因素影响下的基本特性；在此基础上,给出了海冰强度在应力速率与卤水体积（为冰温和盐度的函数）影响下的分布规律。此外,利用外包络线方法给出了极限条件下压缩强度的分布函数,并分析了侧限应力对海冰压缩强度的影响；最后分析了海冰单轴压缩、弯曲和剪切强度在卤水体积和应力速率影响下的统一表征形式。其次,针对渤海海冰的动力学特性,以海洋油气平台为依托建立了海冰现场监测和雷达图像采集分析系统,并与卫星遥感图像相结合实现了对海冰动力要素的立体监测。以此为基础,分析了局地海冰密集度、浮冰面积、海冰流速和海冰断裂等海冰要素及其动力学行为的演化规律,增强了对海冰动力学行为的深入理解。通过对辽东湾JZ20-2海域的冰速统计分析,发现该海域的冰速概率密度符合瑞利分布,而海冰漂移方向则符合双峰正态概率密度分布,且海冰速大小与方向相关性较小。利用局地海域平均速度的概念,给出了在潮流、风等外力作用下海冰漂移轨迹的变化规律,为合理地利用监测数据短期预测海冰漂移行为提供了依据。通过对海冰卫星图像的数字化分析,提取了离散分布冰块的尺寸参数,统计发现冰块的有效直径符合Gamma分布。然后,在对渤海海冰热力学与动力学方程参数化的基础上,利用符合蓄能方式的热力学数值方法对底面与表层的海冰生消过程进行计算,并建立了考虑海冰辐散与积聚过程的海冰离散单元动力学模型。在对海冰热传导方程进行数值离散时,利用能量原理来换算因海冰的生消变化而引起的网格变动,进一步讨论了海冰热力与动力要素耦合作用过程中的动态网格。利用经典的旋风场数值试验、规则边界条件下海冰运动行为和海冰稳定状态下的厚度解析解,论证了离散单元方法在海冰动力学模拟中的适用性与数值精度。在采用FVCOM模型计算得到渤海水动力要素的基础上,对渤海海冰动力过程进行了离散单元方法的数值模拟,并通过辽东湾JZ20-2海域实测海冰数据验证了离散元模型的可靠性。在辽东湾JZ20-2海域海冰现场监测的基础上,对冰激锥体海洋平台结构的振动响应与海冰参数进行了统计分析。将其与海洋平台结构的有限元模型、简化动力学方法进行了对比,为分析海洋平台结构的冰振响应提供了参考依据。在集成海冰物理力学性质、海冰立体监测、海冰热力学与动力学、海冰离散元模型和冰激结构响应分析等研究成果的基础上,研发了工程海冰数值模拟和预报系统。将该系统在渤海辽东湾冬季油气作业区的海冰管理中进行了初步应用,并通过海洋平台结构的冰振响应现场测量数据进行了验证。该工程海冰数值模拟和预报系统将有助于对油气作业区海冰条件的精确预报,有助于提升冰期海洋平台结构的冰害预警能力。最后,对本论文的主要研究内容进行了总结,并对后续研究的主要问题进行了讨论和展望。
季顺迎,李春花,刘煜[9]（2012）在《海冰离散元模型的研究回顾及展望》文中指出为描述极区及副极区海冰在不同尺度下的离散分布特性,以及海冰与海洋结构相互作用过程中的破碎性能,海冰的离散单元模型从20世纪80年代发展起来并不断完善。将海冰离散单元模型分为地球物理尺度（～100 km）、浮冰块尺度（10—10 000 m）和海洋结构尺度（1—100 m）等3种不同尺度,讨论不同尺度下海冰的离散分布规律或海冰由连续状态向离散状态转化的动力过程。通过对块体、圆盘和颗粒不同形态的海冰离散单元模型的介绍,对其在极区海冰的动力特性、海冰重叠堆积及其与波浪的作用过程、海冰与海洋结构的相互作用中的应用进行分析,对海冰强度的尺度效应进行讨论。最后,讨论海冰离散单元模型中存在的问题和重点研究内容。
林毅,吴彬贵,解以扬,张长春,曲平[10]（2012）在《渤海海冰数值模式的研究进展》文中进行了进一步梳理根据渤海海冰冰情,从热力和动力两个方面综述了渤海海冰数值模式的研究进展。从热力参数方案和气候特点上,展望新一代渤海中小尺度短期海冰热力模式;从海冰动力模式中3种常用数值方法的主要特点和实际应用情况上,论述SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法在渤海海冰短期预报的发展前景。在此基础上,结合海洋气象的发展,讨论海冰短期预报的关键技术。将海冰数值预报模式与传统的中长期海冰统计预报有机地结合起来将是渤海海冰模式未来的发展方向。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 一、前言 |
| 二、海洋一号C、D卫星主要使用要求及有效载荷 |
| 1．卫星使用要求 |
| (1）观测要素 |
| (2）观测范围 |
| (3）覆盖特性 |
| (4）卫星标称轨道参数 |
| 2．卫星有效载荷 |
| (1）海洋水色水温扫描仪（COCTS) |
| (2）海岸带成像仪（CZI) |
| (3）紫外成像仪（UVI) |
| (4）星上定标光谱仪（SCS) |
| (5）船舶自动识别系统（AIS) |
| 三、海洋一号C、D卫星数据处理与覆盖能力 |
| 1．数据获取与处理 |
| 2．卫星载荷覆盖能力 |
| 四、海洋一号C、D卫星典型应用 |
| 1．渤海海冰监测 |
| 2．浒苔监测 |
| 3．赤潮监测 |
| 4．极地遥感监测 |
| 5．洪涝灾情监测 |
| 6．台风、风暴潮监测 |
| 五、结语 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 冰荷载研究进展 |
| 1.2.2 冰激结构振动研究进展 |
| 1.2.3 结构疲劳损伤分析研究进展 |
| 1.2.4 车-桥耦合振动及行车安全研究进展 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 2 直立海洋宽结构随机冰力过程模拟研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 随机冰力谱模型 |
| 2.2.1 渤海系泊墩MDP2冰力测量简介 |
| 2.2.2 局部冰力 |
| 2.2.3 冰力自谱密度函数 |
| 2.2.4 冰力互谱密度函数 |
| 2.3 有效冰压 |
| 2.3.1 有效冰压公式 |
| 2.3.2 有效冰压验证 |
| 2.4 总冰力随机过程模拟 |
| 2.4.1 总冰力谱 |
| 2.4.2 总冰力时程 |
| 2.4.3 总冰力模拟步骤 |
| 2.5 总冰力验证 |
| 2.5.1 Norstr(?)msground灯塔冰力测量简介 |
| 2.5.2 Norstr(?)msground灯塔有效冰压验证 |
| 2.5.3 Norstr(?)msground灯塔总冰力验证 |
| 2.6 极值冰力的统计特征 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 冰激结构自激振动模拟方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 冰的力学特性 |
| 3.2.1 冰挤压强度-应力速率非线性关系 |
| 3.2.2 冰刚度 |
| 3.2.3 冰挤压破坏断裂长度 |
| 3.3 负阻尼效应 |
| 3.4 冰激结构自激振动模拟方法 |
| 3.5 基于室内模型试验的冰激振动分析 |
| 3.5.1 室内模型试验简介 |
| 3.5.2 频率锁定现象 |
| 3.5.3 位移分析 |
| 3.5.4 冰力分析 |
| 3.6 基于现场实测结构的冰激振动分析 |
| 3.6.1 现场实测结构冰力测量简介 |
| 3.6.2 现场实测结构冰激振动分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 动冰荷载作用下渤海海域桥梁结构反应分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 动冰荷载作用下桥梁结构反应分析模型 |
| 4.2.1 动水作用 |
| 4.2.2 地基作用 |
| 4.2.3 动冰荷载作用 |
| 4.2.4 动冰荷载作用下桥梁结构动力计算模型 |
| 4.3 随机冰力作用下桥梁结构随机振动反应分析 |
| 4.3.1 土体强度的影响 |
| 4.3.2 水深的影响 |
| 4.4 自激冰力作用下桥梁结构稳态振动分析 |
| 4.4.1 冰力分析 |
| 4.4.2 位移分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 随机冰力作用下桥梁结构疲劳损伤评估 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 结构疲劳损伤评估方法 |
| 5.2.1 时域疲劳损伤评估方法 |
| 5.2.2 雨流计数法 |
| 5.2.3 S-N曲线 |
| 5.2.4 累积疲劳损伤指标 |
| 5.3 基于联合概率分布的随机冰力模拟 |
| 5.3.1 渤海冰参数的概率密度 |
| 5.3.2 冰参数的联合概率分布及随机冰力 |
| 5.4 随机冰力作用下桥梁结构疲劳损伤分析 |
| 5.4.1 算例工况 |
| 5.4.2 土体强度的影响 |
| 5.4.3 水深的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 自激冰力作用下桥上行车安全评估 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 车-桥耦合振动系统 |
| 6.2.1 车-桥耦合动力方程 |
| 6.2.2 罚函数法 |
| 6.2.3 时间积分法 |
| 6.3 自激冰力作用下车-桥耦合动力分析框架 |
| 6.3.1 车辆模型 |
| 6.3.2 桥梁模型 |
| 6.3.3 路面粗糙度 |
| 6.3.4 自激冰力 |
| 6.3.5 车-桥-冰相互作用系统动力方程 |
| 6.4 自激冰力作用下车-桥耦合振动分析 |
| 6.4.1 桥梁结构振动反应 |
| 6.4.2 车辆振动反应 |
| 6.5 自激冰力作用下桥上行车安全性分析 |
| 6.5.1 车速的影响 |
| 6.5.2 冰挤压强度的影响 |
| 6.6 自激冰力作用下桥上行车舒适性分析 |
| 6.6.1 行车舒适度评价方法 |
| 6.6.2 行车舒适度计算算例 |
| 6.6.3 冰挤压强度的影响 |
| 6.6.4 车速的影响 |
| 6.6.5 基于旧规范ISO 2631/1 (1978)的行车舒适度评价 |
| 6.7 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.1.1 工程海冰的研究背景 |
| 1.1.2 海冰与结构相互作用的研究 |
| 1.2 海冰的细观结构及物理性质 |
| 1.2.1 微观尺度下海冰的形成过程 |
| 1.2.2 海冰的卤水动态及脱盐机理 |
| 1.2.3 海冰的细观冰晶结构 |
| 1.2.4 海冰形态特征 |
| 1.3 冰水间瞬态传热过程研究 |
| 1.3.1 冰水瞬态传热的自然形成条件 |
| 1.3.2 瞬态传热下冰内的能量变化 |
| 1.3.3 基于能量形式的热力学模型 |
| 1.3.4 冰-水界面处的热交换 |
| 1.4 海冰的力学行为 |
| 1.4.1 平整冰单轴压缩过程中海冰的韧性破坏 |
| 1.4.2 平整冰单轴压缩过程中海冰的脆性破坏 |
| 1.4.3 单轴压缩下的海冰韧-脆转化机理 |
| 1.4.4 冰脊龙骨的剪切强度及破坏过程 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 2 冰-水间的瞬态热交换过程及其相似准则研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 浸没试验的理论分析方法及物理模型 |
| 2.2.1 基于能量形式的热力学模型 |
| 2.2.2 基于热通量的热力学模型 |
| 2.3 模型冰制作方法及试验装置研制 |
| 2.3.1 模型冰制作原理 |
| 2.3.2 模型冰的制作装置 |
| 2.3.3 冰池浸没试验装置 |
| 2.4 冰在水中浸没过程的试验结果 |
| 2.4.1 瞬态传热过程中的冰温变化 |
| 2.4.2 瞬态传热过程中的冰厚变化 |
| 2.5 冰-水界面处热传递特征研究 |
| 2.5.1 冰-水间热传递的测试与计算方法 |
| 2.5.2 淡水环境中冰水界面的热交换 |
| 2.5.3 海水环境中冰水界面的热交换 |
| 2.5.4 冰水界面的换热系数特征 |
| 2.6 瞬态热交换过程的数值模拟 |
| 2.6.1 一维热传递的数值模型 |
| 2.6.2 瞬态热传递的数值模型验证 |
| 2.6.3 数值模拟结果分析 |
| 2.7 冰-水间瞬态热传递过程的相似准则 |
| 2.7.1 傅立叶数对冰温变化的影响 |
| 2.7.2 毕渥数与斯蒂芬数对冰厚变化的影响 |
| 2.7.3 瞬态热传导量纲关系的适用性分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 冰的生长过程及其影响下的细观冰晶结构 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 冰生长过程及其影响因素的试验研究 |
| 3.2.1 冰-水间的相变特性研究 |
| 3.2.2 冰内盐分对生长过程的影响 |
| 3.2.3 水体盐分对生长过程的影响 |
| 3.2.4 冰水双重盐分作用下的海冰生长过程 |
| 3.3 新生冰的晶体结构特征 |
| 3.3.1 生长速度对冰晶结构的影响 |
| 3.3.2 海水盐度对冰晶结构的影响 |
| 3.3.3 海水温度对冰晶结构的影响 |
| 3.4 海冰生长中的排盐过程及其对冰晶结构的影响 |
| 3.4.1 海冰生长中的排盐过程分析 |
| 3.4.2 瞬态热传递中的新生冰生长过程 |
| 3.4.3 冰晶结构的特征分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 平整冰在单轴压缩下的韧-脆转化机理及破坏模式 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 便携式低温压缩试验系统的研制 |
| 4.3 试验设计及试样加工采集方法 |
| 4.4 单轴压缩下平整冰韧-脆转化的试验及数据分析 |
| 4.4.1 平整冰单轴压缩强度的试验方案 |
| 4.4.2 海冰单轴压缩的应力-应变曲线 |
| 4.4.3 应变率对海冰单轴压缩强度的影响 |
| 4.4.4 加载速率对海冰有效弹性模量的影响 |
| 4.5 平整冰在单轴压缩下的破坏模式分析 |
| 4.5.1 加载方向垂直于冰晶时的海冰单轴压缩破坏过程 |
| 4.5.2 加载方向平行于冰晶时的海冰单轴压缩破坏过程 |
| 4.6 平整冰破坏模式对单轴压缩强度的影响 |
| 4.6.1 应变率对海冰破坏模式的影响 |
| 4.6.2 海冰破坏模式对单轴压缩强度的影响 |
| 4.6.3 海冰破坏模式对等效弹性模量的影响 |
| 4.7 加载方向对海冰单轴压缩强度的影响 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 重叠冰的单轴压缩强度试验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 重叠冰的试样制备及试验设计 |
| 5.2.1 重叠冰试样制备过程 |
| 5.2.2 重叠冰单轴压缩试样 |
| 5.3 重叠冰的单轴压缩试验 |
| 5.3.1 重叠冰单轴压缩试验中的应力-应变时程曲线 |
| 5.3.2 应变速率对重叠冰单轴压缩强度的影响 |
| 5.4 单轴压缩下平整冰与重叠冰的破坏模式对比 |
| 5.4.1 韧性破坏模式分析 |
| 5.4.2 韧-脆转化破坏模式分析 |
| 5.4.3 脆性破坏模式分析 |
| 5.4.4 韧-脆转变中的破坏过程及破坏模式对比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 海冰的物理力学特性 |
| 1.2.2 海洋结构物的冰载荷 |
| 1.2.3 海冰的破坏模式 |
| 1.2.4 海洋结构物的冰压力分布 |
| 1.2.5 海冰离散元方法的发展现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 2 面向工程海冰的离散元方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 球体颗粒单元的粘结与失效 |
| 2.2.1 球体单元的平行粘结模型 |
| 2.2.2 拉剪分区断裂准则 |
| 2.2.3 考虑损伤的混合断裂准则 |
| 2.3 球体颗粒单元的接触与运动 |
| 2.3.1 球体单元的接触模型 |
| 2.3.2 球体单元的运动方程 |
| 2.4 基于GPU并行离散元算法介绍及改进 |
| 2.4.1 基于CUDA编程的离散元算法 |
| 2.4.2 基于GPU的颗粒接触高效搜索方法 |
| 2.4.3 GPU计算效率的改进 |
| 2.4.4 海冰断裂长度的识别方法 |
| 2.5 小结 |
| 3 面向工程海冰的离散元参数研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 海冰力学性质试验的离散元分析 |
| 3.2.1 海冰单轴压缩试验的离散元分析 |
| 3.2.2 海冰三点弯曲试验的离散元分析 |
| 3.2.3 海冰破坏模式与颗粒单元粘结失效的关系 |
| 3.3 离散元参数对海冰力学性质的影响 |
| 3.3.1 颗粒单元的尺寸效应 |
| 3.3.2 颗粒单元的粘结强度 |
| 3.3.3 颗粒单元的内摩擦系数 |
| 3.3.4 离散元参数与海冰强度之间关系 |
| 3.4 离散元参数的正交试验法分析 |
| 3.4.1 正交表的建立 |
| 3.4.2 离散元参数的敏感性分析 |
| 3.4.3 离散元参数的选取方法 |
| 3.5 小结 |
| 4 海冰与锥体结构相互作用的离散元分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 海冰与锥体结构作用的离散元验证 |
| 4.2.1 与渤海实测数据的对比验证 |
| 4.2.2 与汉堡模型实验的对比验证 |
| 4.3 海冰断裂长度与冰载荷之间关系 |
| 4.3.1 海冰厚度的影响 |
| 4.3.2 海冰速度的影响 |
| 4.3.3 水线处锥径的影响 |
| 4.3.4 锥体结构静冰力公式 |
| 4.4 锥角对海冰破坏模式及冰载荷的影响 |
| 4.4.1 不同锥角的离散元模拟 |
| 4.4.2 锥角对海冰破坏模式的影响 |
| 4.4.3 锥体结构尺寸的选取依据 |
| 4.5 作用位置对海冰破坏模式及冰载荷的影响 |
| 4.5.1 海冰强度与温盐分布关系 |
| 4.5.2 正、倒锥体上的冰载荷的对比 |
| 4.5.3 正、倒锥体上海冰断裂长度的对比 |
| 4.5.4 海冰作用位置变化下的冰载荷分析 |
| 4.5.5 海冰作用于正倒锥交界处的破坏模式 |
| 4.6 小结 |
| 5 海冰与直立结构相互作用的离散元分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 海冰与直立桩腿结构作用的离散元验证 |
| 5.2.1 渤海直立桩腿结构的冰载荷测量 |
| 5.2.2 离散元模拟直立结构的运动 |
| 5.2.3 离散元模拟与渤海实测数据的对比 |
| 5.3 冰速对海冰与直立结构作用的影响 |
| 5.3.1 较高冰速下海冰的脆性挤压破坏 |
| 5.3.2 较低冰速下海冰的韧性挤压破坏 |
| 5.4 海冰与直立平面结构作用的冰压力分布 |
| 5.4.1 离散元模拟与现场试验结果的对比 |
| 5.4.3 局部冰压力的分布特性 |
| 5.5 小结 |
| 6 海冰与核电工程结构相互作用的离散元分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 核电站取水口海冰的堆积特性分析 |
| 6.2.1 核电取水口海冰堆积问题的数值模拟 |
| 6.2.2 海冰堆积特性的影响因素分析 |
| 6.3 核动力浮式平台的冰载荷分析 |
| 6.3.1 软刚臂单点系泊系统的数值模型 |
| 6.3.2 浮式平台结构的浮力及拖曳力计算 |
| 6.3.3 平整冰与系泊系统相互作用的离散元分析 |
| 6.3.4 浮冰与系泊系统相互作用的离散元分析 |
| 6.4 小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 离散元方法的研究进展 |
| 1.2.2 非规则颗粒接触搜索方法的研究进展 |
| 1.2.3 离散元对脆性材料破碎过程分析的研究进展 |
| 1.2.4 颗粒材料流固耦合方法的研究进展 |
| 1.2.5 离散元方法在海冰工程中的应用现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 基于闵可夫斯基和的扩展多面体单元及其接触模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于闵可夫斯基和的扩展多面体单元 |
| 2.2.1 闵可夫斯基和理论 |
| 2.2.2 扩展多面体单元及其基本力学参数 |
| 2.3 扩展多面体单元的邻居搜索 |
| 2.3.1 球形包围盒的空间网格法 |
| 2.3.2 多面体包围盒的改进分离轴方法 |
| 2.4 基于Hertz模型的扩展多面体接触模型 |
| 2.4.1 扩展多面体单元接触模型的统一表述 |
| 2.4.2 球体与球体、平面、圆柱体的接触计算 |
| 2.4.3 圆柱体与圆柱体、平面的接触计算 |
| 2.4.4 平面-平面的接触计算 |
| 2.4.5 扩展多面体几何接触模型的特点 |
| 2.5 基于四元数的扩展多面体单元运动求解 |
| 2.6 扩展多面体接触模型的验证 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 基于优化算法的扩展多面体接触模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 扩展多面体的包络函数 |
| 3.2.1 势能颗粒 |
| 3.2.2 二阶多面体扩展函数 |
| 3.2.3 扩展多面体的近似包络函数 |
| 3.3 基于包络函数的扩展多面体接触模型 |
| 3.3.1 接触搜索的优化模型求解 |
| 3.3.2 接触法向和接触重叠量 |
| 3.3.3 扩展多面体单元的单接触点非线性接触力模型 |
| 3.4 数值算例与验证分析 |
| 3.4.1 单颗粒重力下落的离散元分析 |
| 3.4.2 漏斗卸料过程的离散元分析及验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 扩展多面体单元间的粘结-破碎模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 刚体有限元方法 |
| 4.3 动态松弛法 |
| 4.4 基于交界面粘结节点的粘结-破碎模型 |
| 4.4.1 基于交界面粘结节点的粘结模型 |
| 4.4.2 粘结强度的判别方法 |
| 4.5 巴西圆盘试验的数值分析及断裂参数敏感性分析 |
| 4.5.1 巴西圆盘试验的物理模型 |
| 4.5.2 巴西圆盘模拟中的单元尺寸效应 |
| 4.5.3 巴西圆盘的Mises应力验证 |
| 4.5.4 断裂参数分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 扩展多面体离散元与光滑粒子流体动力学的流固耦合模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光滑粒子流体动力学方法 |
| 5.2.1 SPH中的函数和粒子近似 |
| 5.2.2 流体控制方程的SPH求解 |
| 5.2.3 人工粘度和张力修正 |
| 5.2.4 SPH的压力求解 |
| 5.3 SPH粒子与扩展多面体单元的耦合算法 |
| 5.4 DEM-SPH耦合的数值模拟分析及结果验证 |
| 5.4.1 水体溃坝的SPH分析及验证 |
| 5.4.2 方柱绕流的SPH分析及验证 |
| 5.4.3 溃坝流冲击块体的DEM-SPH耦合分析及验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于扩展多面体离散元方法的海洋结构冰载荷分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于二维Voronoi切割算法的海冰单元生成 |
| 6.2.1 二维Voronoi切割算法 |
| 6.2.2 海冰单元的生成 |
| 6.3 海冰单元的浮力和拖曳力计算 |
| 6.4 碎冰与浮体平台相互作用的离散元分析 |
| 6.4.1 碎冰与浮体平台相互作用的数值模型 |
| 6.4.2 浮体平台冰载荷的模拟及其与实测数据的对比验证 |
| 6.4.3 不同海冰工况下的冰载荷分析 |
| 6.5 平整冰与斜坡结构相互作用的离散元分析 |
| 6.5.1 平整冰与斜坡相互作用的数值模型 |
| 6.5.2 海冰弯曲试验的离散元模拟 |
| 6.5.3 斜坡上冰载荷与ISO标准的对比验证 |
| 6.6 平整冰与船体结构相互作用的离散元分析 |
| 6.6.1 单船破冰作业的离散元分析 |
| 6.6.2 两船破冰作业的离散元分析 |
| 6.7 波浪作用下海冰破碎及直立结构冰载荷的流固耦合分析 |
| 6.7.1 波浪-海冰-直立结构相互作用的数值模型 |
| 6.7.2 波浪作用下平整冰的破碎过程模拟 |
| 6.7.3 波浪条件下碎冰与直立结构的相互作用模拟 |
| 6.8 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 程序基本框架及数据结构 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 北冰洋海冰密集度的观测技术和研究现状 |
| 1.2.2 北冰洋海冰厚度的观测技术和研究进展 |
| 1.2.3 北冰洋海冰物理参数和晶体结构研究 |
| 1.2.4 海冰力学参数研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 2014年融冰期北冰洋部分海域海冰厚度和密集度分布 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 海冰厚度和密集度的船基观测方法 |
| 2.2.1 海冰厚度观测 |
| 2.2.2 海冰密集度观测 |
| 2.3 中国第6次北极科学考察冰区航行概述 |
| 2.4 2014年融冰期海冰厚度分布 |
| 2.4.1 海冰厚度沿航线分布 |
| 2.4.2 各海域海冰厚度分布 |
| 2.5 2014年融冰期海冰密集度分布 |
| 2.5.1 海冰密集度沿航线分布 |
| 2.5.2 各海域海冰密集度分布 |
| 2.6 2010年、2014年和2016年海冰厚度和密集度比较 |
| 2.7 被动微波遥感密集度数据的验证 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 融冰期北冰洋海冰物理参数及晶体结构 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 海冰物理参数和晶体结构观测方法 |
| 3.3 北极科学考察冰站信息 |
| 3.4 北冰洋海冰物理参数 |
| 3.4.1 海冰温度 |
| 3.4.2 海冰盐度 |
| 3.4.3 海冰密度 |
| 3.4.4 海冰卤水和空气体积分数 |
| 3.4.5 各物理参数之间的相关性 |
| 3.5 北冰洋海冰晶体结构 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 融冰期北冰洋海冰单轴压缩强度 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 海冰单轴压缩强度试验方法 |
| 4.2.1 海冰单轴压缩强度试验 |
| 4.2.2 海冰单轴压缩试验条件选取 |
| 4.3 海冰单轴压缩试验曲线 |
| 4.4 融冰期北冰洋海冰单轴压缩强度的参数化方程 |
| 4.4.1 单轴压缩强度与应变速率的关系 |
| 4.4.2 单轴压缩强度与孔隙率的关系 |
| 4.4.3 单轴压缩强度的参数化方程 |
| 4.5 融冰期北冰洋冰层单轴压缩强度 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 海冰动摩擦系数 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 海冰动摩擦系数试验方法 |
| 5.2.1 海冰动摩擦系数试验 |
| 5.2.2 海冰动摩擦系数试验条件选取 |
| 5.3 拉力-时间曲线 |
| 5.4 海冰动摩擦系数的影响因素 |
| 5.4.1 法向压强对动摩擦系数的影响 |
| 5.4.2 柱状冰晶体生长方向对动摩擦系数的影响 |
| 5.4.3 接触材料对动摩擦系数的影响 |
| 5.4.4 滑动速度对动摩擦系数的影响 |
| 5.4.5 气温对动摩擦系数的影响 |
| 5.5 粘滑运动 |
| 5.6 冰摩擦理论模型的验证 |
| 5.6.1 摩擦热理论模型 |
| 5.6.2 速度-状态本构模型 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 设计冰阻力相关的融冰期北极航道海冰物理和力学参数 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 极地船舶冰阻力计算公式 |
| 6.2.1 平整冰区船舶冰阻力计算公式 |
| 6.2.2 碎冰区船舶阻力计算公式 |
| 6.3 设计冰阻力相关海冰物理和力学参数建议值 |
| 6.3.1 渤海平整冰物理参数、晶体结构和单轴压缩强度 |
| 6.3.2 融冰期北冰洋海冰物理和力学参数建议值 |
| 6.4 冰阻力计算公式试算 |
| 6.4.1 平整冰区船舶冰阻力计算公式试算 |
| 6.4.2 碎冰区船舶阻力计算公式试算 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 前言 |
| 1.1 研究的背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 海冰电磁散射机理研究 |
| 1.2.2 SAR海冰类型识别方法 |
| 1.2.3 SAR海冰厚度探测方法 |
| 1.3 研究内容与论文结构 |
| 第2章 渤海海冰微波散射特性研究 |
| 2.1 渤海海冰微波散射实验 |
| 2.2 渤海海冰微波散射模型 |
| 2.3 渤海海冰微波散射特性分析 |
| 2.3.1 穿透深度分析 |
| 2.3.2 波段和入射角分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于伴生关系的高分SAR海冰二次分类方法 |
| 3.1 基于伴生关系的高分SAR海冰二次分类方法构建 |
| 3.1.1 基于伴生关系的中低分辨率SAR海冰二次分类方法 |
| 3.1.2 适用于高分辨率SAR海冰二次分类规则集的构建 |
| 3.1.3 基于置信度的斑块类型二次判别方法 |
| 3.2 基于伴生关系的高分SAR海冰二次分类方法验证 |
| 3.2.1 数据来源和预处理 |
| 3.2.2 分类结果和精度评价 |
| 3.3 改进的二次分类方法抗噪性能评价 |
| 3.3.1 抗噪仿真实验 |
| 3.3.2 分类实验与结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于极化Alpha角的极化SAR海冰厚度探测新方法 |
| 4.1 SAR极化特征对海冰厚度的响应特性分析 |
| 4.1.1 实测数据来源 |
| 4.1.2 拉布拉多海一年平整冰厚度的SAR极化响应特征分析 |
| 4.2 Alpha角和海冰厚度相关性的理论模型 |
| 4.2.1 海冰复介电常数和Alpha角的函数关系 |
| 4.2.2 海冰复介电常数和海冰厚度的函数关系 |
| 4.2.3 Alpha角和海冰厚度的函数关系 |
| 4.3 数据处理结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于高分极化SAR海冰分类和厚度探测一体化反演方法 |
| 5.1 联合海冰类型和厚度信息的一体化反演方法 |
| 5.1.1 基于类型支持的一体化反演 |
| 5.1.2 基于厚度支持的一体化反演 |
| 5.1.3 基于厚度和类型联合支持的一体化反演 |
| 5.2 一体化海冰反演方法应用 |
| 5.2.1 现场实际数据 |
| 5.2.2 实例应用处理及结果分析 |
| 5.3 一体化海冰反演方法验证对比及结果分析 |
| 5.3.1 海冰分类结果 |
| 5.3.2 海冰厚度探测结果 |
| 5.4 海冰SAR和光学影像融合分类方法探究 |
| 5.4.1 SAR和光学影像的融合 |
| 5.4.2 融合方法的实例应用 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录A 海冰类型的划分标准 |
| A.1 国际海冰类型划分标准 |
| A.2 我国海冰类型划分标准 |
| 附录B 混淆矩阵和Kappa系数 |
| 附录C SAR极化特征 |
| C.1 极化基本概念 |
| C.2 极化散射矩阵 |
| C.3 极化分解方法 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| CONTENTS |
| 图目录 |
| 表目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 海冰动力学研究 |
| 1.2.1 海冰动力学方程 |
| 1.2.2 海冰动力学本构模型 |
| 1.3 海冰动力学数值方法 |
| 1.3.1 有限差分法 |
| 1.3.2 光滑质点流体动力学法 |
| 1.3.3 离散元方法 |
| 1.3.4 其它数值方法 |
| 1.4 海冰热力学研究 |
| 1.4.1 海冰热力学传统模型 |
| 1.4.2 海冰热力学模型的发展 |
| 1.5 海冰物理力学性质 |
| 1.5.1 海冰物理性质 |
| 1.5.2 海冰力学性质 |
| 1.6 海冰监测系统 |
| 1.6.1 极区海冰监测 |
| 1.6.2 渤海海冰监测 |
| 1.7 本文研究内容及结构 |
| 2 渤海海冰物理力学性质试验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 海冰温度、盐度与卤水体积的关系 |
| 2.3 海冰单轴压缩强度试验 |
| 2.3.1 海冰单轴压缩强度试验方法 |
| 2.3.2 温度和卤水体积对海冰单轴压缩强度的影响 |
| 2.3.3 应力加载速率对海冰单轴压缩强度的影响 |
| 2.3.4 卤水体积和加载速率对海冰单轴压缩强度的综合影响 |
| 2.4 海冰弯曲强度试验 |
| 2.4.1 海冰弯曲强度试验方法 |
| 2.4.2 温度与卤水体积对海冰弯曲强度的影响 |
| 2.4.3 应力加载速率对海冰弯曲强度的影响 |
| 2.4.4 海冰弯曲强度的双因素影响分析 |
| 2.5 海冰侧限压缩强度试验 |
| 2.5.1 海冰侧限压缩的试验方法 |
| 2.5.2 卤水体积对侧限压缩强度的影响 |
| 2.5.3 侧向应力对侧限压缩强度的影响 |
| 2.5.4 加载速率的影响 |
| 2.6 卤水体积和加载速率影响下海冰强度的统一表征形式分析 |
| 2.6.1 卤水体积影响分析 |
| 2.6.2 应力速率影响分析 |
| 2.6.3 卤水体积和应力率对海冰强度的共同影响 |
| 2.7 小结 |
| 3 基于立体监测的渤海海冰动力学特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 油气作业区海冰现场监测及分析 |
| 3.2.1 海冰厚度计算 |
| 3.2.2 海冰密集度计算 |
| 3.2.3 海冰速度计算 |
| 3.2.4 现场海冰数字图像监测系统 |
| 3.2.5 渤海油气作业区全冰期海冰要素变化特征分析 |
| 3.3 海冰雷达监测及动力特征分析 |
| 3.3.1 基于渤海石油平台的雷达监测系统 |
| 3.3.2 雷达图像海冰速度计算 |
| 3.3.3 雷达图像海冰密集度计算 |
| 3.3.4 海冰雷达监测图像处理系统 |
| 3.3.5 渤海雷达监测海冰运动特性分析 |
| 3.4 基于卫星遥感监测的海冰尺寸分布特性分析 |
| 3.4.1 海冰尺寸参数提取 |
| 3.4.2 海冰DEM计算单元的划分 |
| 3.4.3 海冰尺寸分布函数研究 |
| 3.5 小结 |
| 4 海冰热力学生消模式 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 海冰的热力学过程 |
| 4.2.1 大气-海冰界面的热交换 |
| 4.2.2 海冰-海洋界面的热交换 |
| 4.2.3 海冰内部热力学过程 |
| 4.2.4 海冰表面的消融变化 |
| 4.2.5 海冰底面的生消变化 |
| 4.3 海冰热力学数值计算 |
| 4.3.1 海冰热传导方程的离散 |
| 4.3.2 渤海海冰盐度计算 |
| 4.3.3 海冰生消计算 |
| 4.4 海冰热-动力耦合方法 |
| 4.5 小结 |
| 5 渤海海冰动力学过程的离散单元方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 海冰动力学方程 |
| 5.3 海冰Mohr-Coulomb屈服准则 |
| 5.4 海冰离散单元方法 |
| 5.4.1 海冰单元间的接触模型 |
| 5.4.2 海冰单元的塑性变形 |
| 5.5 渤海海域水动力计算 |
| 5.5.1 水动力计算模型 |
| 5.5.2 渤海水动力计算网格划分 |
| 5.5.3 渤海水动力计算初边值条件 |
| 5.5.4 计算结果分析 |
| 5.6 海冰数值试验 |
| 5.6.1 变宽度水道内海冰的漂移和堆积过程 |
| 5.6.2 旋转风场作下海冰动力过程 |
| 5.7 渤海海冰动力过程的数值模拟 |
| 5.7.1 辽东湾海冰分布的演化 |
| 5.7.2 辽东湾JZ20-2油气海域的海冰参数演化 |
| 5.8 小结 |
| 6 面向锥体海洋平台结构冰振响应分析的工程海冰预报系统 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 锥体结构冰振响应分析 |
| 6.2.1 锥体结构的冰力计算 |
| 6.2.2 冰激海洋平台结构振动的有限元模型 |
| 6.2.3 平台结构的简化动力计算 |
| 6.2.4 锥体平台结构冰振响应的统计分析 |
| 6.2.5 不同分析方法的对比分析 |
| 6.3 工程海冰预报系统研究 |
| 6.3.1 海冰数值计算条件 |
| 6.3.2 气象与水文条件 |
| 6.3.3 海冰数值计算模型 |
| 6.4 在JZ20-2油气作业区的应用 |
| 6.4.1 海冰要素分布场 |
| 6.4.2 海冰要素定点预测及应用 |
| 6.4.3 辽东湾JZ20-2 MUQ平台冰激响应分析及验证 |
| 6.5 小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 本文结论 |
| 7.2 创新点摘要 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 0前言 |
| 1 地球物理尺度下海冰的离散元模型 |
| 1.1 地球物理尺度下海冰的离散分布特性 |
| 1.2 地球物理尺度下海冰的离散单元模型 |
| 1.2.1 海冰的块体离散元模型 |
| 1.2.2 极区海冰动力过程的离散元模拟 |
| 1.2.3 基于离散介质力学的海冰流变学本构模型 |
| 1.2.4 基于改进离散单元模型的海冰动力学模拟 |
| 2 浮冰块尺度下海冰的离散元模型 |
| 2.1 浮冰块尺度下海冰的离散分布特性 |
| 2.2 海冰重叠和堆积的离散元模拟 |
| 2.3 浮冰块在波浪作用下动力过程的离散元模拟 |
| 3 海洋结构尺度下海冰的离散元模型 |
| 3.1 海洋结构尺度下海冰的离散分布特性 |
| 3.2 海冰与结构相互作用的颗粒离散元模型 |
| 3.2.1 海冰颗粒离散元模型 |
| 3.2.2 海冰与海洋结构相互作用的离散元模拟 |
| 3.3 海冰与结构相互作用的块体离散元模型 |
| 4 海冰强度的尺度效应 |
| 5 结语及展望 |
| 引言 |
| 1 热力模式 |
| 1. 1 海冰热力模式发展的回顾 |
| 1. 2 渤海海冰中小尺度热力模式 |
| 2 动力模式 |
| 2. 1 有限差分法 |
| 2. 2 质点网格法 |
| 2. 3 光滑粒子流体动力学方法 |
| 2.4 渤海海冰中小尺度动力模式 |
| 3 海冰数值模式的关键技术和发展方向 |
