КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЕКТНОЙ НАДЕЖНОСТИ ОСНОВАНИЙ МОРСКИХ ЛЕДОСТОЙКИХ СООРУЖЕНИЙ

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.

морские гидротехнические сооружения, вибрация, морской лед, разрушение льда, циклическая нагрузка, системный подход, энергия разрушения

1. Hossain R. An assessment of sensitivity of the self-excited modelling approach for simulating dynamic ice-structure interactions to changes in temperature and scale effects / R. Hossain, R. Taylor, L. Moro // Ocean Engineering. - 2018. - Vol. 165. - Pp. 410-425. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2018.07.029.

2. Hou J. Structural Design for the Ice-Resistant Platform / J. Hou, W. Shao // The Twenty-fourth International Ocean and Polar Engineering Conference. - OnePetro, 2014. - Pp. 1118-1124.

3. Zhang D. Risk analysis of jacket platforms under ice induced vibrations / D. Zhang, Q. Yue, B. Tong // 19th IAHR International Symposium on Ice Vancouver, British Columbia, Canada. - 2008. - Pp. 1277-1286.

4. Ажермачев Г. А. О воздействии льда на опоры морских платформ при его подвижке / Г. А. Ажермачев // Строительство и техногенная безопасность. - 2005. - № 12. - С. 6-9.

5. Jordaan I. Re-evaluation of ice loads and pressures measured in 1986 on the Molikpaq structure / Jordaan, J. Bruce, K. Hewitt, R. Frederking // POAC ‘11: Proceedings of the 21st International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. - Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC), 2011. - № POAC11-130.

6. Jordaan I. Re-evaluation of ice loads on the Molikpaq structure measured during the 1985-86 season / I. Jordaan, K. Hewitt, R. Frederking // Canadian Journal of Civil Engineering. - 2018. - Vol. 45. - Is. 3. - Pp. 153-166. DOI: 10.1139/cjce-2016-0444.

7. O’Rourke B. J. Experimental Investigation of Oscillation of Loads in Ice High-Pressure Zones, Part 1: Single Indentor System / B.J. O’Rourke, I. J. Jordaan, R. S. Taylor, A. Gürtner // Cold Regions Science and Technology. - 2016. - Vol. 124. - Pp. 25-39. DOI: 10.1016/j.coldregions.2015.12.005.

8. Abramian A. K. On a simple oscillator problem describing ice-induced vibrations of an offshore structure / A. K. Abramian, S. A. Vakulenko, W.T. van Horssen // Nonlinear Dynamics. - 2019. - Vol. 98. - Is. 1. - Pp. 151-166. DOI: 10.1007/s11071-019-05179-z.

9. Taylor R. Fracture and damage during dynamic interactions between ice and compliant structures at laboratory scale / R. Taylor, T. Browne, I. Jordaan, A. Gürtner // ASME 2013 32nd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. - American Society of Mechanical Engineers, 2013. - Vol. 6. - Paper No: OMAE2013-11070, V006T07A024. DOI: 10.1115/OMAE2013-11070.

10. Hossain R. B. Characterization of high pressure zone (hpz) failure and linkages with structural response during medium-scale indentation tests / R. B. Hossain, R. S. Taylor // Proceedings of the 25 th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. - POAC, 2019.

11. Nord T. S. Ice force identification on the Nordströms-grund lighthouse / T. S. Nord, O. Øiseth, E. M. Lourens // Computers & Structures. - 2016. - Vol. 169. - Pp. 24-39. DOI: 10.1016/j.compstruc.2016.02.016.

12. Zhang D. Evaluation of ice-induced fatigue life for a vertical offshore structure in the Bohai Sea / D. Zhang, G. Wang, Q. Yue // Cold Regions Science and Technology. - 2018. - Vol. 154. - Pp. 103-110. DOI: 10.1016/j.coldregions.2018.05.012.

13. Цуприк В. Г. Методологический подход к анализу содержания проблемы определения надежности морских ледостойких оснований / В. Г. Цуприк // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2014. - № S4-9. - С. 168-180.

14. Анисимов О. С. Методология: функция, сущность, становление (динамика и связь времен) / О. С. Анисимов. - М.: ЛМА, 1996. - 380 с.

15. Карташев В. А. Система ситем. Очерки общей теории и методологии / В. А. Карташев. - М.: «Прогресс-Акаемия», 1995. - 325 с.

16. Цуприк В. Г. Энергетическая концепция нормирования прочности льда для расчета ледовой нагрузки на вертикальные структуры / В. Г. Цуприк // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева. - 2016. - Т. 279. - С. 85-105.

17. Перегудов Ф. И. Введение в системный анализ / Ф. И. Перегудов, Ф. П. Тарасенко. - М.: Высш. шк., 1989. - 320 с.