Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Расчет взаимодействия системы «ледяная плита – опора гидротехнического сооружения»), страница 2

2.4) Инициализация некоторых промежуточных значений (начальные параметры промежуточных значений):

Сила прорезания равна: F_cut=0

Счетчик количества льдин:

n_in=1 – количество пришедших льдин;

n_out=0 – количество ушедших льдин.

Частота скола льда f=0;

Количество циклов нагружения N_f=0;

Напряжение льда  перед сооружением σ=0.

3) Механическое взаимодействие ледяного покрова

с опорой сооружения (MoveIce).

В данном блоке программы моделируется (имитируется) процесс взаимодействия льда с сооружением. Для чего используются следующие подпрограммы (процедуры), а именно.

3.1) Проверка соединения льдины с блоком (ContactIce).

Если льдина стоит перед сооружением, то расстояние от передней грани сооружения до ближайшей льдины будет меньше или равно 0, т.е. условие

L_bl≤0,                                                         (3.7)

выполняется, тогда рассчитывается длина прорезания на текущем шаге

, где T_step - шаг по времени, сек.

Общее прорезание передней (первой) льдины определится как:

Если условие (3.7) не выполняется, т.е. произошел скол льда, а следующая льдина еще не соприкоснулась с сооружением, то производится проверка контакта ледяного покрова с опорой сооружения после скола (см. далее процедуруCutChecking).

3.2) Расчет силы прорезания и частоты скола льда перед опорой (BlockForce).

Обнуляются начальные значения силы прорезания и частоты скола льда:

F_cut=0;

f=0.

Основным критерием прорезания в данной программе является скорость прорезания блока льда перед сооружением. Таким образом, если скорость прорезания больше 0, лед прорезается опорой, а условие

V_bl>0,                                                        (3.8)

выполняется, при этом если прорезание льдины dx_bl будет больше, чем половина диаметра сооружения d_con/2, т.е. условие

dx_bl≥d_con,(3.9)

выполняется, тогда

d´=d_сon,

в противном случае, условие (3.9) не выполняется (dx_bl≤d_con/2) величина (длина) зоны контакта ледяной плиты и сооружения определится по формуле:

Тогда сила прорезания льда опорой сооружения определяется по формуле СНиП [111]:

, где d^/ - величина (длина) зоны контакта ледяной плиты и сооружения, Res_ice – прочность льда на одноосное сжатие, h_ice– толщина льда, k_con – коэффициент формы опоры, k_b – коэффициент смятия, k_v– коэффициент определяемый в зависимости от величины  - эффективной скорости деформации льда в зоне его взаимодействия с сооружением:

,

где V_bl – скорость блока льда при его взаимодействии с сооружением (скорость прорезания блока льда опорой), k_e – коэффициент:

если d_con/h_ice≤30, k_e=4;

если d_con/h_ice>30, ke=2.

Частота разрушения льдины равна:

где а – эмпирический коэффициент, a=10;

j - угол внутреннего трения, принимаемый j=50⁰.

3.3) Проверка наличия льда перед опорой или проверка наличия силы прорезания (Force Compare)

В случае если перед сооружением чистая вода, т.е. площадь льда перед сооружением меньше или равна 0, а условие Ar_bl≤0, выполняется, тогда F_cut=0, V_bl=0, T_v=0, dx_bl=0. В противном случае результирующая сила на данном шаге приравнивается к силе прорезания на и происходит переход на следующий шаг расчета, т.е. F_result=F_cut.

3.4) Расчет скорости блока льда по закону сохранения импульса и скорости прорезания по теореме об изменении кинетической энергии (Calс Velocity).

В случае прорезания льда опорой на некоторую величину (случай А, Б, В) скорость прорезания блока льда опорой рассчитывается на основании теоремы об изменении кинетической энергии системы «ледяная плита – опора гидротехнического сооружения» в целом. Для чего необходимо определить массу блока льда перед опорой с учетом прорезания за вычетом массы убывшего льда по формуле:

В случае наличия льда перед сооружением условие

m₁>0,                                                        (3.10)

выполняется скорость прорезания блока льда перед сооружением определиться из формулы

В случае не выполнения условия (3.10), т.е. перед сооружением льда нет V_bl=0.

Далее рассчитывается время подхода первой приближающейся (движущейся) льдины к блоку льда, стоящему перед сооружением

T_vbl=T_vbl+T_step

3.5) Проверка прорезания, определение времени и длины прорезания (CutChecking).

В случае если произошел скол льда должно выполняться условии (если дина прорезания льда больше, чем линейный размер льда перед сооружением после скола):

dx_bl>LL_bl,                                                  (3.11)

тогда длина прорезания будет равна линейному размеру блока льда перед сооружением до наступления момента скола льдины, т.е. dx_bl=LL_bl

В случае наличия прорезания льда, если длина прорезания льда больше 0, т.е. условие:

dx_bl>0,                                                       (3.12)

выполняется, рассчитывается время прорезания льда:

T_cut=T_cut+T_step