风车单桩冰荷载的评估, {- x" S" r& c! U7 `7 e
: f/ J( d$ T% a/ r: T" |（照片：阿克北极）
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作为Aker Arctic的一部分；在自己的研发工作中，于2023年11月进行了一系列冰模型试验，以调查影响；风车单桩&nbsp；
7 d& U! |; M8 N a* j0 u海上风车需要坚固的基础来承受恶劣的海洋环境，包括冰和波浪。与破冰船或其他破冰船的规划类似，使用比例模型测试海上结构是一种成本效益高的方法，可以在施工开始前验证设计的充分性，确保其适用于预期作业区域&nbsp；4 G: W2 u" j& {3 {: z
抗压强度至关重要
* Z% V' s2 i9 h P) Q阿克北极；s之前的结构冰模型试验集中于研究弯曲强度被确定为最佳结冰方案的锥形结构。然而，在测试垂直结构（如单桩）时，根据其抗压强度对模型冰进行缩放被认为是至关重要的&nbsp；- W% r1 O6 r) K$ v' M# A
&ldquo；模型冰与天然冰的不同之处在于其同质性。”；Topi Leivisk解释道；，Aker Arctic模型测试和设施团队负责人&ldquo；此外，模型冰可以针对挤压力或弯曲力进行缩放，但不能同时针对两者进行缩放&rdquo；
5 T6 K! Y7 ?! p" D# ~研究工程师Toni Skogstr&ouml；m补充道，“；我们坚持系统的扩展和测试方法。虽然之前也进行过类似的测试，但我们的目标是深入研究垂直结构，以确定最合适的模型冰参数&rdquo&nbsp；8 o( r9 z$ u* H+ I& ] O3 i y q
调查的四个支柱尺寸5 ^$ S+ ]" X, o2 y. b |
研究小组在四种不同的冰厚度上检查了四种不同尺寸的冰柱，比例从1:89到1:16不等。这种方法使该团队能够推断80厘米厚冰中直径6.67米的全尺寸单桩的数据趋势&nbsp；- s7 Y" A; T0 K, J' D' @; ?
&ldquo；在现实生活中，风车单桩会比这个尺寸更宽，但我们选择了能为我们的研究提供最多数据的直径。”；Leivisk&auml；说&ldquo；在这种情况下，更令人感兴趣的是缩放比，而不是绝对大小&rdquo&nbsp；" V% w7 N8 B4 ~ B" W
直接测试程序' @% [/ b; [. [( H) j* ~+ y( P
每个模型试验都需要一个单独的冰盖，这需要准备和冷冻时间。因此，每个单桩都在单独的测试槽中进行了测试&nbsp； x8 x, E0 h s& S/ I) y
（照片：阿克北极）
4 i, J$ G- u. `+ H2023年11月，为测试准备的各种柱状物被安装在移动平台上。其目的是获取冰荷载的综合数据。这是通过在水平冰条件下以不同速度在冰盆上移动装置，同时测量水线处的整体力来实现的&nbsp；4 i$ E j2 W3 g& H8 ^
Skogstr&ouml；m阐明了天然冰与模型冰相比的独特失效模式，强调了为什么速度很重要以及它如何影响压力分布&nbsp；+ Z' g( h4 h3 P. ?8 n1 w) p
&ldquo；与模型冰相反，天然冰以多种方式破裂。在自然界中，最高压力集中在中心线上。速度越快，压力就越集中。然而，在低速下，破碎压力分布得更宽&rdquo；（见下图）
/ T: E$ b! O7 }7 D s他预测，虽然测试很简单，但分析数据将是一个复杂而富有洞察力的过程。- M1 B u, N: ]) x' u+ F8 t
当冰失效是脆性的时，压力以连续更快的速度分布。" ~. |9 ^: K7 D8 e/ }7 Z. _: f1 Y
当冰失效为韧性时，在连续蠕变速度下的压力分布。
0 K- f, |2 s! [% I2 K9 f: _, j' b*来源：M&auml&auml；tt&auml；nen，M.，Marjamaa，P.，Saarinen，S.&amp；Laakso，M.，2011年。 具有可变结构灵活性的碎冰试验。寒区科技。 第67卷。S.120&ndash；128: q" [7 f) H0 [' A
符合计算% ?" j7 [/ I2 Y3 r9 q) l
目前广泛使用的单桩设计计算符合ISO标准，但缺乏全面的经验数据进行验证&nbsp；5 w5 K3 f" t/ s! e; E1 j
然而，已经从位于波的尼亚湾的海上灯塔Kemi I收集了完整的数据，1984年&ndash；1986年。该区域是在极端条件下进行测试的理想场所，包括快速结冰、移动的冰盖、浮冰场和冰脊&nbsp；
7 Y# M! B- Y8 W. \4 j. Z&ldquo；我们单桩测试的目标是调查标准与我们的调查结果的一致性。”；Leivisk说&ldquo；通过我们的研究，我们旨在提高风车结构在结冰条件下的可靠性和安全性，从而有可能实现更耐用、更具成本效益的设计。这将大大有助于在恶劣的海洋环境中推进可持续能源解决方案&rdquo&nbsp；
. g3 z! [5 {# H/ }( v& G- B研究小组预计将在详细分析和审查后公布结果。- p' A5 ~8 Q4 w5 d1 H
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% q2 P5 O2 L: Y9 E6 F0 X7 Y（经Aker Arctic许可重新发布） |
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