大跨度复合冰壳结构作为近些年发展起来的一种新型冰雪结构,从建造材料、建筑造型和建造技术多个方面拓展了传统冰雪结构的边界,并具有薄壳结构空间受力合理、节约材料等优点,因而在寒地冰雪产业和人们日益关注的极地开发等领域具有很好的发展潜力。在室外低温下,大跨度复合冰壳结构表面时刻发生的冰升华作用,会导致结构厚度逐渐变薄和分布不均匀,甚至使结构出现穿孔破坏,严重影响了冰壳结构的使用安全和长期力学性能。随着复合冰壳结构逐渐向着更大跨度的方向发展,这种升华作用的影响将变得更为突出。为掌握大跨度复合冰壳结构表面升华的规律和分布情况,从而为今后的大跨度复合冰壳结构的设计和维护工作提供必要支持,本文结合理论分析、试验观测和数值模拟等多种研究手段,对冰壳结构表面升华的模拟方法及其应用展开研究。主要包括以下几方面内容:(1)系统开展了复合冰材料的升华性能试验研究。以纯冰在真空条件下的HK方程为基础,通过进行室内单因素控制试验,研究并建立了大气压强、风速和掺合料对冰升华的影响模式。通过室外自然环境下的升华试验,对室内试验成果进行了补充、验证和修正。通过数值模拟的手段,建立了太阳辐射强度对冰升华的影响模式。最终,提出了一种适用于2%纸纤维复合冰的升华速率计算模型。(2)建立了冰壳结构表面升华的数值模拟方法。以所提出的2%纸纤维复合冰的升华速率计算模型为算法基础,在统一的平台上整合了现有的太阳辐射模拟技术和CFD模拟技术,并进行编程开发,最终建立了一种复合冰壳结构表面升华分布的数值模拟方法。(3)研究了升华作用对冰壳结构受力性能的影响。基于建立的升华数值模拟方法,对两种典型的复合冰壳结构进行相应的升华模拟、有限元建模以及力学性能分析,探究了升华对结构静力性能和稳定性能的影响。