梁 瑞 孟祥鼎

(兰州理工大学石油化工学院)

从20世纪中叶海洋平台兴起时，冰载荷对平台的影响已经逐渐被人们重视。目前，已有多座平台受冰激振动的影响而下陷、倒塌，渤海JZ20平台受冰激振动影响紧急停产，造成了巨大的损失。为了研究冰激振动对平台的影响，诸多学者基于不同的力学方法，得出了强迫振动理论、冰与结构相互作用理论和自激振动理论这3种理论。在所有的冰激振动理论中，冰速、冰厚均是极为重要的环境参数。笔者基于ANSYS软件，通过对不同冰速、冰厚下平台动力响应的模拟分析，研究了冰速和冰厚在冰激振动中的作用，对平台的安全设计生产具有一定的参考价值。

1 冰激振动理论研究

1.1 强迫振动理论

系统在外界的持续激励下产生的振动称为强迫振动。Peyton H R等观测到海冰挤压结构的过程中，海冰的破碎频率始终保持在一定范围内，据此认为海冰的破碎频率只与海冰本身的固有性质有关[1,2]。Loset S等提出挤压冰力是一个关于结构尺寸、冰抗压强度、冰厚和冰速的函数[3,4]。强迫振动理论的动力平衡方程可以表示为：

(1)

1.2 冰与结构相互作用理论

强迫振动理论虽能解释冰力具有周期性并且其函数图像呈锯齿状这一现象，但无法解释在一定条件下冰的破碎频率和结构的自振频率相同，结构发生共振且振幅明显，带有巨大的破坏性。Sodhi D S发现在一定冰速范围内，冰速越大，挤压冰力越大[5～9]。刘健等通过考虑冰抗压强度与应力速率之间的关系，对Matlock模型进行了适当的修改，使之同时适用于刚性结构和柔性结构[10]。……