动冰力模型试验模型律研究

但 应用 于冰 与结 构 的动力 相互 作用 过程 就不 一定 正 确 。例 如 ， 冰作用 于像 Ｍｏｉｐ ｑ 样 的大尺 度结 构 ｌ ａ这 ｋ 并 发生 缓慢 的挤 压 破 坏 时 ， 构 的缓 慢 运 动 就 有 可 结
能使惯 性作 用变 得微 乎其 微＿ 。保证 雷诺 数相 等 的 ２ ］ 相 似 准则 应 用 于 某 些 特 定 条件 下 的流 体 模 型 试 验
冰力模 型试 验 是 冰 力 学研 究 的重 要 手 段 ， 过 通 室 内可控 制的 模型试 验 可 以重 现现 场不 可 控制 的力 学过 程 。冰力 模型 试 验 相 当 特殊 ， 有 流体 模 型 试 具 验 和材料 试验 的双 重性 。冰 力通 过冰排 汇 集水 流和 风（ 或其 中任 一种 ） 的能 量 ， 在运 动 中和 建 筑物 接 触 把 能量 传递 给建 筑物 ， 以 ， 所 冰力 模 型试验 具有 流体 试 验 的一切 特点 ， 必须 遵循 流体 模 型试验 的模 型律 。 但是 ， 冰排 受本 身强 度 的 制 约往 往 又不 能 把 汇 集 的 能 量全 部传 递给 建 筑物 ， 此 冰力 模 型 试 验 同 时 又 因 是 一种 材料 试验 ， 这种 材 料就是 冰 ”。 通常 情 况下 ， 冰等 一 般 材料 的力 学性 质 不 进 对 行模 型试 验 ， 这类 材 料 的各 项 力 学指 标 不 一 定 随 且 温度 呈线 性变 化 ， 即使呈 线性 变化 ， 化速 率也 未必 变
冰池 内的静 冰 力模 型试 验一般 均 采用假 定 重力
和惯性 作 用 占重要地 位 的弗汝 德相 似 准则［ 。该 相 １ ３ 似准 则广 泛应 用 于流 体 模 型 试 验 ， 保 证 冰 力模 型 是 向原型 回归 的一个 重要 前提 。弗 汝德 相似 准则 应用 于 由波 浪 引起 的船舶抵 抗 力 ， 可能 适用 于破 冰船 ， 也
维普国海 上 油 气
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２０ ０ ７年 １ ２月
动 冰 力模 型 试 验 模 型 律 研 究 ＊
中， 在冰 问题 中 ， 水所 产 生 的粘性 力与 其它 力相 比很 小并 忽 略不计 ， 因此 ， 性力 相似 准则 不适 用 于冰力 粘
模 型试 验 。
柯 西相 似 准 则 也可 以应 用 于静 冰 力 模 型试 验 。 但 寻找 它与 弗汝 德 相似 准 则 的交 汇 点 是 一个 难 题 。 若 模 型试验 中弗汝 德 数 （ ） Ｆｒ 和柯 西 数 （ ａ 保 持 一 Ｃ ） 致 ， Ｅ／ｇ 则 ｐ Ｌ就 必须 一 致 （ ｐ Ｌ是 弹 性 力 和 重 力 Ｅ／ｇ 的 比值 ， 定 义 为 泰 勒 数 ， Ｔ 被 用 ａ表 示 ） 。如 果 要 满 足泰 勒相 似体 系 ， 并保 证 ｐ ｇ在 模 型 与原 型 中一 致 ， 就要 保持 Ｅ／ Ｌ不 变 ， 即在 模 型 中 Ｅ 要 与 Ｌ 保 持 不 变 的 比例 关系 。泰 勒数 相似 体 系是 由忽略 惯性 力得 到 的 ， 关注 的是 “ 它 强度 ” 和 重 力 的 比值 。整个 分 力 析建 立 在材 料特 性 不 随 比尺 变 化 的假设 上 ， 还无 但 法 获知 这种 假设 对脆 性材 料是 否适 用 。 根 据 Ａｔ ｉｓ的研 究 “ ， ｋｎ ］冰是 一 种脆性 材 料 ， 在 不 同比尺 的 几 何 相 似 结 构 上 的断 裂 力 并 不 与 （ Ｌ） 成 正 比， 与 （ 成 正 比 ， 与 由脆 性 特 征 控 制 而 Ｌ） 这 （ 冰速 时除外 ） 低 的冰一 结构 相互 作 用过 程 的解 释
相符 ， 且通 过相 似 分 析得 出 了适 当模 拟 惯 性 力 与 并
＊国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ０ ０ ５ 部 分 研究 成 果 。 ５６ ９ １ ） 第 一作 者 简 介 ： 焱 ， ， 黄 男 ｔ ， 要 从 事 海 洋 环 境 条 件 与结 构 相 互 作 用 研 究 。 地 址 ： 津 市 南 开 区 卫 津 路 天 津 大 学 建 筑 工 程 学 院 （ 编 ｇ￣ 主 天 邮
相 同 ， 就给 主要 靠 温度 调 节 冰强 度 的 冰 力模 型试 这 验 的模 型律增 加 了很大 难度 。本 文将 首先 对普 遍应 用 于静 冰力模 型试 验 中的模 型律 进行 总体 比较 和评
价 ， 在此基 础 上分析 动 冰力模 型试 验模 型律 。 并
ｌ 静 冰 力模 型试 验 模 型律
黄 焱 史庆 增 宋 安
（ 津 大 学 建 筑 工 程学 院 ） 天
摘 要 冰 激直 立桩 结构振 动模 型 试验研 究 结果表 明 ， 条件 和 结 构 条件 的 组 合 形成 了对 结构 响 冰
应 形 式 的 综 合 控 制 ， 激 直 立 结 构 稳 态振 动 控 制 机 理 为 冰 与 结 构 的 相 互 作 用 。 基 于 动 冰 力 模 型 试 冰 验 数 据 ， 出 了 由 弹 性 控 制 因 子 、 控 制 因子 以 及 几 何 尺 寸 控 制 因 子 组 成 的 能 够 反 映 冰 与 结 构 相 互 提 率
作 用 水平 的相互 作 用 系数 ， 建立 了以相 互作 用 系数 为 相似 准数 的相 似 体 系。所 建 立的 相 似 体 系 并
可 以确 定 引发 结构稳 态振 动 的结构 条件 与冰 条件 组合 ， 对研 究动 冰 力模 型 试验 具有 指 导意 义 。
关 键 词 模 型 律 动 冰 力 模 型 试 验 相 互 作 用 系数