海洋环境中搁浅船体沉降的数值模拟

论文摘要

海洋环境中搁浅船体沉降数值模拟研究是在特殊研究背景下出现的一项新型研究课题。该课题难度较大并具有创新性,可作为今后类似工作的参考。本文首先分析了目前关于结构与土体相互作用数值模拟和沉降计算的研究现状,找出新问题实质所在,提出海洋环境中搁浅船体沉降数值模拟研究的思路。即:先利用其它手段计算出荷载力大小,然后建立船体与海床动力相互作用体系,将各荷载力分别加载到该体系上,利用整体法进行船体沉降计算分析。详细剖析了相关问题的理论基础,包括:结构-土体相互作用理论和有限元基本理论。以ABAOUS为技术平台,详细展示了数学模型的创建过程。包括:海床模型建立、船模建立、船体与海床间的接触模拟、载荷定义和计算方法确定等。通过物理模型试验对所建立的船体沉降数学模型进行了验证。以2007年3月8日搁浅于渤海湾的“奋威轮”为工程实例进行应用分析,并展示了搁浅船体沉降分析过程。包括:自然条件分析、数学模型建立、自重作用下船体沉降计算、水流作用下船体沉降计算、波浪作用下船体沉降计算、风荷载作用下船体沉降计算、并考虑了泥沙冲刷和土体固结对船体沉降量的影响情况。计算结果表明:船体本身的巨大自重力是导致船体大幅度沉降的主要原因,水流力、波浪力、风荷载、泥沙冲刷、土体固结也导致“奋威轮”产生不同程度的沉降,但是所占比例较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 结构与土体动力相互作用研究现状
• 1.2.2 沉降计算研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文工作的主要意义
• 第二章 基本思路和理论分析
• 2.1 基本思路
• 2.2 结构-土体动力分析基本理论
• 2.2.1 结构-土体相互作用的分析方法
• 2.2.2 结构的恢复力特性与模型
• 2.2.3 岩土材料受荷响应弹塑性模拟
• 2.2.4 阻尼理论
• 2.3 有限元基本理论
• 2.3.1 有限元的基本原理概述
• 2.3.2 有限单元法的基本原理
• 2.3.3 非线性有限元的基本原理
• 第三章 数学模型建立
• 3.1 数学模型概述
• 3.2 ABAQUS程序简介
• 3.2.1 ABAQUS程序概述
• 3.2.2 ABAQUS各模块的介绍
• 3.2.3 CAE特征及功能介绍
• 3.2.4 分析范围及在岩土领域的应用
• 3.3 海床模型建立
• 3.3.1 土体本构模型选择
• 3.3.2 Drucker-Prager模型理论
• 3.3.3 ABAQUS弹塑性模拟
• 3.4 船模建立
• 3.4.1 船模假定
• 3.4.2 几何模型建立
• 3.4.3 基本构件选择
• 3.5 船体与海床间的接触模拟
• 3.5.1 船体与海床间接触问题分析
• 3.5.2 在 ABAQUS中定义接触
• 3.6 载荷定义
• 3.6.1 有效重力
• 3.6.2 水流力
• 3.6.3 波浪力
• 3.6.4 风荷载
• 3.7 本章小结
• 第四章 数学模型验证
• 4.1 试验条件
• 4.1.1 船模
• 4.1.2 波流水槽
• 4.1.3 试验器材
• 4.2 试验方法
• 4.3 试验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 工程应用分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 自然条件分析
• 5.2.1 水流特征
• 5.2.2 波浪特征
• 5.2.3 风况特征
• 5.2.4 地质条件
• 5.3 数学模型建立
• 5.3.1 船舶参数
• 5.3.2 计算土域的选取和边界条件的设置
• 5.3.3 船体和土体间主从接触面的设置
• 5.3.4 坐标建立及位移控制点的选择
• 5.3.5 计算土体域初始应力场的生成
• 5.3.6 船体与土体相互作用体系阻尼的确定
• 5.4 沉降计算分析
• 5.4.1 自重作用下船体的沉降计算
• 5.4.2 水流作用下船体的沉降计算
• 5.4.3 波浪作用下船体的沉降计算
• 5.4.4 风荷载作用下船体的沉降计算
• 5.4.5 泥沙冲刷对船体沉降的影响
• 5.4.6 土体固结对船体沉降的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B（攻读学位期间参加的科研课题项目）