В статье выполнен анализ причин вибрации, возникающей в процессе прорезания ледового покрова опорами сооружений, которая представляет серьезную угрозу для безопасности стационарных морских объектов, работающих в условиях дрейфа льдов. Процесс взаимодействия как объект исследования описывается силой сопротивления изменению равновесия в сформировавшейся природно-техногенной системе «ледовое поле - сооружение», одновременно контактно воздействующей и на кромку ледового поля, и на основание сооружения и нарастающей до определенного максимума, затем «сбрасываемой» до некоторого минимума. В результате декомпозиции системы и ее структурно-функционального анлиза в работе показано, что момент начала разрушения льда обусловлен достижением критической плотности упругой энергии, накопленной в сжатом локальном объеме льда в зоне контакта, что является триггером явления сброса ледовой нагрузки на сооружение и началом его движения к точке равновесия, т. е. источником его колебаний. Такое циклическое разрушение льда, как основной субпроцесс в сложном процессе взаимодействия ледового поля и сооружения, является предметом исследования, поскольку именно это явление отражает реальный механизм превращения кинетической энергии движения ледового поля в потенциальную удельную энергию вновь образуемых поверхностей разрушенных фрагментов льда. В качестве методологической основы и инструмента научного исследования в работе использован системный анализ как метод постановки и решения проблемы через декомпозицию исследуемого процесса, анализ составляющих его явлений и синтез адекватной модели циклического разрушения льда для изучения нерешенных проблем в расчетах нагрузок ледовых полей на морские отдельно стоящие сооружения. Характеристики циклического процесса разрушения льда, такие как значения пиков ледовой нагрузки и их частота, являются исходными параметрами при выполнении динамического расчета сооружения для определения уровня его надежности. Получение этих характеристик возможно только при использовании энергетического критерия разрушения льда, тип и место в системе проектирования которого определены в работе.
The phenomenon of vibration is considered in the paper. A serious threat to the safety of stationary marine structures operating in conditions of ice fields drift, is the vibration that occurs during cutting of the ice cover by the supports of structures. The process of interaction, as an object of research, is described by the force of resistance to a change in equilibrium in the formed natural-man-made “ice field - structure” system, simultaneously affecting both the edge of the ice field and the base of the structure, and growing to a certain maximum, then “dumped” to a certain minimum. The moment of the beginning of ice destruction is due to the achievement of the critical density of elastic energy accumulated in the compressed local volume of ice in the contact zone, which is the trigger of ice load phenomenon release on the structure and the beginning of its return to the equilibrium state, i. e. is the source of its oscillations. Such cyclic destruction of ice, as the main subprocess in the complex process of interaction between the ice field and the structure, must be viewed as a subject of research, since this phenomenon reflects the real mechanism of transforming the kinetic energy of the ice field movement into the potential specific energy of the newly formed surfaces of the destroyed fragments of ice. As a methodological basis and a tool of scientific research, the system analysis is used in the work as a method of setting and solving the problem through the decomposition of the process under study, analysis of its constituent phenomena and synthesis of an adequate model of cyclic ice destruction to study unsolved problems in calculating the loads of ice fields on offshore free-standing structures. The characteristics of the cyclic process of ice destruction, both the values of ice load peaks and their frequency are the initial parameters when performing a dynamic calculation of the structure to determine its reliability level. Obtaining these characteristics is possible only when using the energy criterion of ice destruction, the type and location in the design system of which are defined in the work.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.