基于有限元计算极限承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测方法
发布时间：2021-10-24 02:16
随着海洋资源向更深水发展,系泊系统的设计变得越来越重要。拖曳锚是系泊系统的重要组成部分,将系泊线固定在海床中,是目前常用的锚固基础型式之一。预测拖曳锚在安装过程中的嵌入轨迹,对于评估系泊系统的安全设计具有重要的意义与作用。目前比较认可的是Neubecker和Randolph（NR）提出的基于增量计算思想的拖曳锚嵌入轨迹预测方法,本文针对此方法进行改进,主要内容如下:首先,介绍目前拖曳锚嵌入轨迹预测的研究方法与进展及理论基础,包括增量计算思想、反悬链线方程推导、计算拖曳锚承载力的极限平衡法和塑性上限法,并编制了拖曳锚嵌入轨迹不同预测方法的计算程序。其次,建立计算拖曳锚承载力的有限元模型,通过设定接触对解决海床土体与拖曳锚的相互接触摩擦作用,简化锚板为矩形并使用Targe169单元模拟,土体使用Conta171单元模拟,基于Von Mises屈服准则建立理想弹塑性模型模拟海床土体的破坏准则,比较不同工况下拖曳锚的极限承载力。最后,采用增量计算的方法建立拖曳锚的嵌入轨迹预测方法,将其视为由初始嵌入点向下多个连续线段首尾相连而成。在增量计算过程中,每一个增量步下拖曳锚的极限承载力通过有限元模型...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 拖曳锚嵌入轨迹研究方法分类
1.2.1 试验法
1.2.2 解析法
1.2.3 数值法
1.3 国内外研究进展
1.3.1 国内主要研究进展
1.3.2 国外主要研究进展
1.4 存在的问题
1.5 本文的主要工作
2 拖曳锚嵌入轨迹的预测方法
2.1 增量计算思想预测拖曳锚嵌入轨迹
2.2 反悬链线的研究
2.2.1 反悬链线力学方程
2.2.2 反悬链线状态方程
2.2.3 反悬链线状态方程的特点
2.3 拖曳锚承载力计算方法
2.3.1 极限平衡法
2.3.2 塑性上限法
2.3.3 数值法
2.4 基于极限平衡法计算拖曳锚承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测
2.4.1 轨迹预测基本思想
2.4.2 基本假设
2.4.3 计算过程
2.4.4 轨迹预测结果
2.5 基于塑性上限法计算拖曳锚承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测
2.5.1 轨迹预测基本思想
2.5.2 基本假设
2.5.3 计算过程
2.5.4 轨迹预测结果
2.6 小结
3 拖曳锚承载力有限元计算模型
3.1 有限元模型概述
3.2 本构模型与几何参数
3.2.1 拖曳锚材料本构关系与几何参数
3.2.2 海床土体本构关系与几何参数
3.2.3 海床土体边界
3.3 摩擦接触设置
3.3.1 接触对的定义
3.3.2 关键字与实常数的定义
3.3.3 有限元网格划分
3.4 荷载施加
3.5 有限元模型验证
3.6 计算参数变化
3.6.1 海床土弹性模量
3.6.2 摩擦系数
3.7 小结
4 拖曳锚轨迹预测
4.1 轨迹预测的基本假设
4.2 拖曳锚嵌入轨迹预测方法的验证
4.3 初始嵌入角度对拖曳锚嵌入轨迹的影响
4.4 拖曳锚拉力与锚板夹角对拖曳锚嵌入轨迹的影响
4.5 小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应[J]. 杨鹏,顾学康. 船舶力学. 2017(02)
[2]南海岛礁极浅水下半潜平台锚泊系统数值模拟探究[J]. 王永恒,王磊,汪学锋,徐胜文. 舰船科学技术. 2017(01)
[3]考虑一阶和二阶力spar平台垂荡-纵摇非线性耦合运动时域分析（英文）[J]. 刘树晓,唐友刚,李伟. Journal of Marine Science and Application. 2016(02)
[4]近岛礁浅水环境下浮式平台系泊系统设计研究[J]. 丁军,程小明,田超,张凯,吴波. 船舶力学. 2015(07)
[5]岛礁地形下半潜平台水动力性能研究[J]. 吴波,程小明,田超,丁军,刘小龙. 船舶力学. 2015(07)
[6]海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析[J]. 唐友刚,桂龙,曹菡,秦尧. 哈尔滨工程大学学报. 2014(11)
[7]导管架平台浮托法安装的数值模拟与模型试验[J]. 许鑫,杨建民,吕海宁. 上海交通大学学报. 2011(04)
[8]深吃水多立柱式平台的运动响应分析[J]. 李彬彬,欧进萍. 中国造船. 2010(02)
[9]深吃水多立柱平台稳性与水动力分析[J]. 李彬彬,欧进萍,滕斌. 海洋工程. 2010(02)
[10]考虑海床土吸力的SCR-Spar整体波浪响应分析[J]. 白兴兰,黄维平. 海洋工程. 2010(02)
博士论文
[1]深水半潜式平台锚泊截断的静力和低频阻尼等效试验方法[D]. 樊天慧.大连理工大学 2016
[2]深海浮式结构物与其系泊缆索的耦合动力分析[D]. 王兴刚.大连理工大学 2011
[3]新型深吃水多立柱平台的水动力与运动响应研究[D]. 李彬彬.哈尔滨工业大学 2011
[4]深海立柱式平台概念设计及水动力性能研究[D]. 张帆.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]南海岛礁风能资源及风力发电评价[D]. 蒋洁.南京大学 2016
[2]张紧式系泊系统刚度特性及对Spar平台运动影响的研究[D]. 冯紫薇.天津大学 2014
[3]深海Truss Spar平台水动力性能分析及系泊系统动力特性研究[D]. 周源.中国海洋大学 2013
[4]深水S-Spar平台水动力响应分析[D]. 刘震.中国海洋大学 2012
[5]风浪流中深海Truss Spar水动力响应研究[D]. 龙筱晔.上海交通大学 2012
[6]Truss Spar和半潜式平台的水动力及运动性能对比研究[D]. 李璐.大连理工大学 2010
[7]海洋工程柔性构件分析方法研究[D]. 邵启会.哈尔滨工程大学 2008
[8]深水悬链线锚泊系统多成份锚泊线设计[D]. 周洋.哈尔滨工程大学 2008
[9]CT-Spar平台疲劳寿命分析及其锚链系泊系统设计[D]. 游源.上海交通大学 2008
[10]海洋工程锚泊系统计算与分析[D]. 刘超.武汉理工大学 2007
本文编号：3454377
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 拖曳锚嵌入轨迹研究方法分类
1.2.1 试验法
1.2.2 解析法
1.2.3 数值法
1.3 国内外研究进展
1.3.1 国内主要研究进展
1.3.2 国外主要研究进展
1.4 存在的问题
1.5 本文的主要工作
2 拖曳锚嵌入轨迹的预测方法
2.1 增量计算思想预测拖曳锚嵌入轨迹
2.2 反悬链线的研究
2.2.1 反悬链线力学方程
2.2.2 反悬链线状态方程
2.2.3 反悬链线状态方程的特点
2.3 拖曳锚承载力计算方法
2.3.1 极限平衡法
2.3.2 塑性上限法
2.3.3 数值法
2.4 基于极限平衡法计算拖曳锚承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测
2.4.1 轨迹预测基本思想
2.4.2 基本假设
2.4.3 计算过程
2.4.4 轨迹预测结果
2.5 基于塑性上限法计算拖曳锚承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测
2.5.1 轨迹预测基本思想
2.5.2 基本假设
2.5.3 计算过程
2.5.4 轨迹预测结果
2.6 小结
3 拖曳锚承载力有限元计算模型
3.1 有限元模型概述
3.2 本构模型与几何参数
3.2.1 拖曳锚材料本构关系与几何参数
3.2.2 海床土体本构关系与几何参数
3.2.3 海床土体边界
3.3 摩擦接触设置
3.3.1 接触对的定义
3.3.2 关键字与实常数的定义
3.3.3 有限元网格划分
3.4 荷载施加
3.5 有限元模型验证
3.6 计算参数变化
3.6.1 海床土弹性模量
3.6.2 摩擦系数
3.7 小结
4 拖曳锚轨迹预测
4.1 轨迹预测的基本假设
4.2 拖曳锚嵌入轨迹预测方法的验证
4.3 初始嵌入角度对拖曳锚嵌入轨迹的影响
4.4 拖曳锚拉力与锚板夹角对拖曳锚嵌入轨迹的影响
4.5 小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应[J]. 杨鹏,顾学康. 船舶力学. 2017(02)
[2]南海岛礁极浅水下半潜平台锚泊系统数值模拟探究[J]. 王永恒,王磊,汪学锋,徐胜文. 舰船科学技术. 2017(01)
[3]考虑一阶和二阶力spar平台垂荡-纵摇非线性耦合运动时域分析（英文）[J]. 刘树晓,唐友刚,李伟. Journal of Marine Science and Application. 2016(02)
[4]近岛礁浅水环境下浮式平台系泊系统设计研究[J]. 丁军,程小明,田超,张凯,吴波. 船舶力学. 2015(07)
[5]岛礁地形下半潜平台水动力性能研究[J]. 吴波,程小明,田超,丁军,刘小龙. 船舶力学. 2015(07)
[6]海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析[J]. 唐友刚,桂龙,曹菡,秦尧. 哈尔滨工程大学学报. 2014(11)
[7]导管架平台浮托法安装的数值模拟与模型试验[J]. 许鑫,杨建民,吕海宁. 上海交通大学学报. 2011(04)
[8]深吃水多立柱式平台的运动响应分析[J]. 李彬彬,欧进萍. 中国造船. 2010(02)
[9]深吃水多立柱平台稳性与水动力分析[J]. 李彬彬,欧进萍,滕斌. 海洋工程. 2010(02)
[10]考虑海床土吸力的SCR-Spar整体波浪响应分析[J]. 白兴兰,黄维平. 海洋工程. 2010(02)
博士论文
[1]深水半潜式平台锚泊截断的静力和低频阻尼等效试验方法[D]. 樊天慧.大连理工大学 2016
[2]深海浮式结构物与其系泊缆索的耦合动力分析[D]. 王兴刚.大连理工大学 2011
[3]新型深吃水多立柱平台的水动力与运动响应研究[D]. 李彬彬.哈尔滨工业大学 2011
[4]深海立柱式平台概念设计及水动力性能研究[D]. 张帆.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]南海岛礁风能资源及风力发电评价[D]. 蒋洁.南京大学 2016
[2]张紧式系泊系统刚度特性及对Spar平台运动影响的研究[D]. 冯紫薇.天津大学 2014
[3]深海Truss Spar平台水动力性能分析及系泊系统动力特性研究[D]. 周源.中国海洋大学 2013
[4]深水S-Spar平台水动力响应分析[D]. 刘震.中国海洋大学 2012
[5]风浪流中深海Truss Spar水动力响应研究[D]. 龙筱晔.上海交通大学 2012
[6]Truss Spar和半潜式平台的水动力及运动性能对比研究[D]. 李璐.大连理工大学 2010
[7]海洋工程柔性构件分析方法研究[D]. 邵启会.哈尔滨工程大学 2008
[8]深水悬链线锚泊系统多成份锚泊线设计[D]. 周洋.哈尔滨工程大学 2008
[9]CT-Spar平台疲劳寿命分析及其锚链系泊系统设计[D]. 游源.上海交通大学 2008
[10]海洋工程锚泊系统计算与分析[D]. 刘超.武汉理工大学 2007
本文编号：3454377
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