search query: @keyword grounding / total: 5
reference: 1 / 5
« previous | next »
| Author: | Häsä, Riikka |
| Title: | Numerical simulations on ice-structure interaction in shallow water |
| Jää-rakenne-vuorovaikutuksen numeerinen mallinnus matalassa vedessä | |
| Publication type: | Master's thesis |
| Publication year: | 2015 |
| Pages: | v + 77 Language: eng |
| Department/School: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Main subject: | Teknillinen mekaniikka (K3006) |
| Supervisor: | Polojärvi, Arttu |
| Instructor: | Polojärvi, Arttu |
| Electronic version URL: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201511205181 |
| Location: | P1 Ark Aalto 3171 | Archive |
| Keywords: | ice mechanics ice-structure interaction grounding arctic offshore structures numerical modelling combined finite-discrete element method jäämekaniikka jääkuormat jään pohjautuminen arktiset merirakenteet yhdistetty diskreetti- ja elementtimenetelmä |
| Abstract (eng): | Moving sea ice causes high loads on Arctic offshore structures when it breaks against them. Many of these structures are built in relatively shallow water, which affects the loading process. The ice breaking process in shallow water involves complex interactions between the intact ice sheet, the ice blocks formed in the process, the structure and the seabed. In this thesis, ice-structure interaction on a wide sloping structure in shallow water is studied using a 2D combined finite-discrete element method (FEM-DEM). The intact ice is modelled as a nonlinear Timoshenko beam and its fracture into smaller pieces is modelled using the cohesive crack model. The discrete element method is used for contact force calculation between the ice blocks, the structure and the seabed. In the work reported here, the inclination angle of the structure, the ice thickness and the water depth are varied to study how these parameters affect the ice rubble grounding and the ice loading process. The simulation results suggest that grounded rubble leads to higher loads on the structure than non-grounded rubble. The loads on the structure increase with thicker ice and decreasing water depth. In addition, a larger inclination angle induces higher loads on the structure throughout the simulation. The load events on the structure are related to simultaneous ride-up events of the rubble and the loads are transmitted to the structure along so-called force chains. Furthermore, the probability of overtopping increases in shallow water. The load increase and the increased probability of overtopping in shallow water are caused by the supporting effect of the seabed. Sudden load drops on the structure are related to buckling of the force chains. When the rubble is grounded, the force chains are supported from below by the seabed and form above by the rubble above. Thus they sustain more loads than force chains in non-grounded rubble. |
| Abstract (fin): | Liikkuva jää aiheuttaa suuria kuormia arktisille merirakenteille jään murtuessa rakennetta vasten. Monet näistä rakenteista ovat rakennettu matalaan veteen, mikä vaikuttaa kuormitusprosessiin. Murtumisprosessi matalassa vedessä sisältää monimutkaisia vuorovaikutuksia jäälautan, prosessissa syntyneiden jäälohkareiden, rakenteen sekä merenpohjan välillä. Tässä työssä tutkitaan jää-rakenne-vuorovaikutusta leveää kaltevaseinäistä matalan veden rakennetta vasten käyttäen kaksiulotteista yhdistettyä diskreetti- ja elementtimenetelmää (FEM-DEM). Menetelmässä ehjä jäälautta mallinnetaan epälineaarisena Timoshenko-palkkina ja sen murtuminen pienempiin osiin mallinnetaan koheesiomurtumamallia käyttäen. Kontaktivoimat jäälohkareiden, rakenteen ja merenpohjan välillä lasketaan diskreettielementtimenetelmällä. Tämän työn simulaatioissa varioidaan rakenteen kallistuskulmaa, jään paksuutta ja veden syvyyttä, jotta niiden vaikutusta jäävallin pohjautumiseen ja jään kuormitusprosessiin voitaisiin tutkia. Simulaatioiden tulokset osoittavat, että jäävallin pohjautuminen aiheuttaa suurempia kuormia rakenteella kuin kelluva jäävalli. Kuorma rakenteella kasvaa jään paksutessa ja veden syvyyden kasvaessa. Sen lisäksi suurempi rakenteen kallistuskulma johtaa suurempiin kuormiin rakenteella koko simulaation ajan. Kuormi- tustapahtumat rakenteella liittyvät jään ylösajotilanteisiin ja voima rakenteelle välittyy niin sanottua voimaketjua pitkin. Myös jään ajautuminen rakenteen päälle on todennäköisempää matalassa vedessä. Kuormien sekä jää yliajautumisen todennäköisyyden kasvaminen matalassa vedessä johtuu merenpohjan tuesta. Äkilliset kuormanpudotukset rakenteella johtuvat voimaketjun nurjahtamisesta. Kun jäävalli on pohjautunut, merenpohja tukee voimaketjua alapuolelta ja jäävalli voimaketjun päällä tukee sitä yläpuolelta. |
| ED: | 2015-11-29 |
INSSI record number: 52521
+ add basket
« previous | next »
INSSI