锥体导管架海洋平台冰激振动的DEM-FEM耦合分析及高性能算法王她霖季顺迎大连理I大学备结构分析国家重点实验室摘要：在寒区海域，冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一，由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应，本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合模型。采用只有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟，通过由梁羊元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域屮实现丫两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模，发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性，将不同冰况下得到的冰荷载与1S019906和JTS144-1-2010标准进行了对比。结果表明，计算得到的冰荷载与标准相近，且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同吋，从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2MUQ錐体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据，发现冰速与振动加速度呈线性关系，冰厚与振动加速度呈二次非线性关系，并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。关键词：冰荷载;冰激振动;锥体导管架平台;DEM-FEM耦合模型;动力子结构;作者简介：王帅霖（1990—），男，辽宁省鞍山市人，主要从事离散元-有限元耦合方法研宄。E-mail:dlut_wsl@sina.com作者简介：季顺迎（1972一），男，河北省武邑县人，博士，教授，主要从事工程海冰数值模型研究。E-mail:jisy@dlut.edu.cn收稿日期：2016-12-30基金：国家重点研发计划(2016YCF1401505,2016YFC1402705,2016YFC1402706)IceinducedvibrationofconicalplatformbasedoncoupledDEM-FEMmodelwithhighefficiencyalgorithmWangShuailinJiShunyingStateKeyLaboratoryofStructureAnalysisofIndustrialEquipment，DalianUniversityofTechnology;Abstract：Incoldregions,thevibrationsofoffshoreplatformsinducedbyseaicecanbeharmfulfornotonlytheroutineproductionbutalsotheserviceabilityandsafetyofplatforms.Inthisstudy,acoupleddiscreteelementmethod(DEM)andfiniteelementmethod(FEM)isdevelopedtoanalyzetheseaice-conicaljacketplatforminteractionandiceinducedvibrationsoftheplatform.TheDEMwithbonding-breakingeffectbetweenbondedsphericalelementsisadoptedtosimulatethebreakageoficecoverandtheFEMisappliedtomodeltheice-inducedvibrationsofjacketplatformwiththebeamelement.ThetransmissionsofthemechanicalvariablesattheinterfacebetweenDEMandFEMareachievedinthispaper.Inadditionally,toimprovethecomputationalefficiencyanclscaleofthecoupledmodel,thecoupledmodelbasedonthedynamicsub-structuremethodisadoptedhere.Inordertoverifytheeffectivenessoftheproposedmethod,TS019906andJTS144-1-2010standardsundervariousicevelocitiesandthicknessesarecomparedwiththesimulatediceload.ThesimulatediceloadisingoodconformancewiththestandardMeanwhile,thesimulationaccelerationsobtainedbytheproposedmethodarecomparedwithobservationdataofthefour-pileconicalplatform(JZ20-2MUQ)，whichshowthehighconsistency.Tnaddition,theresultsalsoindicatethatthevibrationaccelerationoftheplatformislinearlyrelatedtoicevelocity,quadraticnonlinearitytoicethickness，andlinearlyrelatedtotheproductoftheicevelocityandicethicknesssquared.Keyword：iceforce;ice-inducedvibration;conicaloffshoreplatform;coupledDEM-FEM;dynamicsub-structuremethod;Received：2016-12-30王帅霖，季顺迎.锥体导管架海洋平台冰激振动的DRM-FRM耦合分析及高性能算法[J].海洋学报，2017，39(12):98-108,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.010WangShuailin,JiShunying.IceinducedvibrationofconicalplatformbasedoncoupledDEM-FEMmodelwithhighefficiencyalgorithm[J].HaiyangXuebao,2017,39(12):98-108,doi:10.3969/j.issn.0253-4193...