Ahtojäävallin kölin lujuus: mallikokeita ja simulointeja diskreetti- sekä yhdistetyllä diskreetti- ja elementtimenetelmällä

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Ahtojäävallin kölin materiaaliominaisuuksia mitataan tavallisimmin kokeilla, joissa levymäinen työntyri painetaan vallimassaan samalla kun työntyriin kohdistuva voima mitataan. Vaikka koemenetelmä on tärkeä ja paljon käytetty, kokeiden tulosten tulkitseminen on hyvin vaikeaa. Toisaalta tulosten tarkka tulkitseminen on välttämätöntä kölin materiaalin tarkassa mallinnuksessa, jota puolestaan tarvitaan Arktisten merirakenteiden suunnittelussa. Tässä työssä kyseisiä kokeita on tutkittu sekä simuloimalla että kokeellisesti. Työn kokeellisessa osassa tehtiin laboratoriossa kokeita kölimassalla, joka koostui muovikappaleista jääkappaleiden sijaan. Tavoitteena kokeissa oli tutkia itse koejärjestelyä ja sen vaikutuksia tuloksiin ja muovikappaleita käytettiin tuloksiin vaikuttavien ilmiöiden lukumäärän vähentämiseksi. Erityisesti tarkasteltiin kuormitusnopeuden vaikutusta, koska aikaisempien laboratoriokokeiden perusteella on epäilty vallin leikkauslujuuden kasvavan kuormitusnopeuden kasvaessa. Tässä työssä näytettin, että tämä leikkauslujuuden kasvuksi tulkittu ilmiö johtuu todennäköisesti koejärjestelystä vallin materiaalin sijaan. Työssä kokeita mallinnettin käyttäen sekä kolmiulotteista diskreettielementtimenetelmää, että kaksiulotteista yhdistettyä elementti- ja diskreettielementtimenetelmää. Molemmissa mallinnustekniikoissa valli mallinnetaan epäjatkuvana materiaalina. Tekniikoita kehitettiin työn aikana erityisesti jäämekaniikan ongelmiin sopiviksi. Vallia, jossa jääkappaleet eivät olleet yhteenjäätyneet, mallinnettiin kolmiulotteisella diskreettielementtimenetelmällä, kun taas osittain jäätyneen vallin mallinnuksessa käytettiin kaksiulotteista yhdistettyä elementti- ja diskreettielementtimenetelmää. Jälkimmäisen mallinnustekniikan yhteyteen kehitettiin menetelmä jääkappaleita yhteensitovien sidosten mallintamiseksi. Simulaatioiden avulla voitiin tarkastella ja analysoida kokeita yksityiskohtaisesti. Mallinnuksen perusteella löydettiin selkeä yhteys vallin deformaatiokentän kehittymisen ja mitattujen kuormien välille. Toisaalta osittain jäätyneen vallin tapauksessa löydettiin yhteys maksimikuorman ja vallin ensimmäisen vaurion geometrian välille. Lisäksi mallin perusteella voitiin näyttää, että aikaisemmin vallin materiaalin pehmenemiseksi tulkittu ilmiö selittyykin vallin deformaatiokentän ja vallin geometrian muutoksilla kokeen aikana. Käyteyt epäjatkuvat mallinnusmenetelmät paljastivat ilmiöitä, joita ei esiinny vallimassan kontinuumimallinnuksessa. Esimerkkinä näistä ilmiöistä voidaan mainita kappaleiden välisten sidosten vedosta johtuvien vaurioiden suhteellisen suuri merkitys.
    Julkaisun otsikon käännösAhtojäävallin kölin lujuus: mallikokeita ja simulointeja diskreetti- sekä yhdistetyllä diskreetti- ja elementtimenetelmällä
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Tuhkuri, Jukka, Vastuuprofessori
    • Tuhkuri, Jukka, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5081-2
    Sähköinen ISBN978-952-60-5082-9
    TilaJulkaistu - 2013
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • jäämekaniikka
    • ahtojäävallin lujuus
    • jääkuormat
    • arktiset merirakenteet
    • diskreettielementtimenetelmä
    • yhdistetty diskreetti- ja elementtimenetelmä
    • epäjatkuvat materiaalit
    • numeerinen mallinnus

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Ahtojäävallin kölin lujuus: mallikokeita ja simulointeja diskreetti- sekä yhdistetyllä diskreetti- ja elementtimenetelmällä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä