Title: | Discrete element modeling of ice failure against an inclined structure - Statistical analyses of peak loads and the failure process Jään ja kaltevan rakenteen välisen vuorovaikutusprosessin mallinnus diskreettielementtimenetelmällä - Jääkuormien ja jään murtumisprosessin tilastollisia analyysejä |
Author(s): | Ranta, Janne |
Date: | 2018 |
Language: | en |
Pages: | 99 + app. 57 |
Department: | Konetekniikan laitos Department of Mechanical Engineering |
ISBN: | 978-952-60-8354-4 (electronic) 978-952-60-8353-7 (printed) |
Series: | Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 249/2018 |
ISSN: | 1799-4942 (electronic) 1799-4934 (printed) 1799-4934 (ISSN-L) |
Supervising professor(s): | Tuhkuri, Jukka, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland |
Thesis advisor(s): | Tuhkuri, Jukka, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland; Polojärvi, Arttu, Asst. Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland |
Subject: | Mechanical engineering |
Keywords: | ice mechanics, arctic technology, combined finite-discrete element method, ice loads, jäämekaniikka, arktinen teknologia, yhdistetty diskreetti- ja elementtimenetelmä, jääkuormat |
|
|
Abstract:Arktisen alueen luonnonvarojen, kuten öljyn ja kaasun, teollinen hyödyntäminen lisääntyy. Kasvavaan toimintaan liittyviä riskejä voidaan pienentää esimerkiksi merirakenteisiin kohdistuvia jääkuormia tutkimalla. Uusi tutkimustieto mahdollistaa sekä taloudellisesti että teknisesti parempien rakenteiden suunnittelun. Tässä työssä tarkastellaan kaltevaa tasoa vasten tapahtuvaa jään murtumisprosessia. Rakennetta vasten tapahtuva jään murtuminen on monimutkainen ajasta riippuva prosessi, josta saataviin mittaustuloksiin liittyvä hajonta on suurta. Tutkimuksessa tarvittavat jäänmurtoprosessit luotiin kaksiulotteista numeerista diskreettielementtimenetelmään perustuvaa mallia apuna käyttäen. Murtumisprosessin monimutkaisuudesta johtuen malli on herkkä pienille alkutilan muutoksille. Tätä herkkyyttä hyödynnettiin tuottamalla suuri määrä vakioparametrisia jään murtumisprosesseja, joista tutkittiin rakenteesen kohdistuvaa vaakasuuntaista kokonaiskuormitusta. Työssä kuvataan kuormitusaikasarjoja tilastollisia menetelmiä käyttäen. Toistokokeista määritetyt keskimääräiset kuormat ja kuormien hajonta suurenivat koko jäänmurtoprosessin ajan. Prosessit eivät saavuttaneet stationaarista tilaa. Kuormitusaikasarjojen lisäksi tutkittiin rakenteeseen vaikuttavia lyhyempikestoisia maksimikuormia. Jään paksuudella havaittiin olevan selvästi muita malliparametreja suurempi vaikutus jääkuormiin. Työn keskeinen johtopäätös on, että jää-rakenne vuorovaikutusprosessin hajonta on suurelta osin seurausta monimutkaisesta jään murtumisprosessista, mistä johtuen monien malliparametrien muutosten aiheuttamia vaikutuksia ei voida luotettavasti todentaa ilman suurta näytemäärää. Toistetuista prosesseista mitattujen maksimikuormien havaittiin noudattavan melko hyvin Gumbel-ääriarvojakaumaa. Työssä kehitettiin rikkoutuneen jään nurjahdukseen perustuva malli, joka kykeni normalisoimaan ja selittämään maksimijääkuormahavainnot hyvin kuormien suuresta hajonnasta huolimatta. Nurjahdusmalli kytkee maksimikuormat niin kutsuttuihin voimaketjuihin, joilla on jo aiemmin havaittu olevan tärkeä rooli jää-rakenne vuorovaikutusprosesseissa ja jääkuormien määrittämisessä. |
|
Parts:[Publication 1]: Ranta, J., Polojärvi, A., Tuhkuri, J. The statistical analysis of peak ice loads in a simulated ice-structure interaction process. Cold Regions Science and Technology, 2017, 133:46–55. DOI: 10.1016/j.coldregions.2016.10.002 View at Publisher [Publication 2]: Ranta, J., Polojärvi, A., Tuhkuri, J. Scatter and error estimates in ice loads—Results from virtual experiments. Cold Regions Science and Technology, 2018, 148:1–12. DOI: 10.1016/j.coldregions.2018.01.002 View at Publisher [Publication 3]: Ranta, J., Polojärvi, A., Tuhkuri, J. Ice loads on inclined marine structures—Virtual experiments on ice failure process evolution. Marine Structures, 2018, 57:72–86. DOI: 10.1016/j.marstruc.2017.09.004 View at Publisher [Publication 4]: Ranta, J., Polojärvi, A., Tuhkuri, J. Limit mechanisms for ice loads on inclined structures: Buckling. Cold Regions Science and Technology. 2018, 147:34–44. DOI: 10.1016/j.coldregions.2017.12.009 View at Publisher |
|
|
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Page content by: Aalto University Learning Centre | Privacy policy of the service | About this site