Development of methodology for calculating parameters of cyclic ice load from ice fields on marine objects

Abstract

Опыт возведения и эксплуатации стационарных морских нефтегазодобывающих платформ, также как и эксплуатации ледоколов однозначно показал, что такие объекты могут испытывать критические вибрации от пиковых нагрузок в процессе циклического разрушения ровных ледовых полей. В работе, на основании энергетической модели явления разрушения льда, как термодинамического процесса, с учетом его структуры и реологии, представлено математическое описание закономерностей формирования циклической ледовой нагрузки как динамического процесса нарастания напряженно-деформированного состояния локального объема льда и его разрушения. За основу разрабатываемой методологии взят энергетический критерий – критическое значение плотности удельной энергии упругой деформации единичного объема льда, вызывающее и интегрально учитывающее и описывающее все виды его механического разрушения. Этот критерий является «встроенным в структуру льда» природным регулятором возможного значения пика контактной силы и продолжительности цикла накопления упругой энергии в его объеме до разрушения, а также триггером, запускающим спонтанный нерегулируемый процесс динамического разрушения. В работе методологически обоснован алгоритм определения требующихся для моделирования динамического поведения основания платформы параметров циклической ледовой нагрузки Experience in the construction and operation of stationary offshore oil and gas production platforms, as well as the operation of icebreakers, has clearly shown that such objects can experience critical vibrations from peak loads during the process of cyclic ice destruction. the paper, based on the energy model of the phenomenon of ice destruction as a thermodynamic process, taking into account its structure and rheology, there is a mathematical description of the regularities of the formation of a cyclic ice load as a dynamic process of increasing level the stress-strain state of ice local volume and its destruction .The developed methodology is based on the energy criterion – the critical value of the density of the specific elastic energy of deformation of a single volume of ice, which causes and integrally takes into account and describes all types of its mechanical destruction. This criterion is "built into the ice structure" a natural regulator of the possible value of the peak of the contact force and the duration of the cycle of accumulation of elastic energy in its volume until destruction, as well as a trigger that triggers a spontaneous unregulated process of dynamic destruction. The paper methodologically substantiates an algorithm for determining the parameters of cyclic ice load required for modeling the dynamic behavior of the platform