Discrete element modeling of ice failure against an inclined structure - Statistical analyses of peak loads and the failure process

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

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.

Yksityiskohdat

Julkaisun otsikon käännösJään ja kaltevan rakenteen välisen vuorovaikutusprosessin mallinnus diskreettielementtimenetelmällä - Jääkuormien ja jään murtumisprosessin tilastollisia analyysejä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8353-7
Sähköinen ISBN978-952-60-8354-4
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • jäämekaniikka, arktinen teknologia, yhdistetty diskreetti- ja elementtimenetelmä, jääkuormat

ID: 32206070