新型拖曳锚模型实验系统关键技术

论文摘要

目前在国际海洋工程界,从适用性、经济性和施工技术等多方面综合考虑,主要有两类运用于深海平台的系泊基础:一是吸力锚,主要通过人工施加的负压作用嵌入海床;二是新型拖曳锚,属于大型拖曳嵌入式板锚,又称作法向承力锚(Vertically Loaded Anchor,VLA)。法向承力锚作为深海工程的一种新型系泊基础,它具有较高的抗拔承载力和高效的锚固性能,同时具有重量轻、材料省、易操作、易存储、可回收和重复使用等优点,与目前新型的深水绷紧索系泊方式配合,在深水条件下的优势非常明显。2006年,以解决法向承力锚在设计和施工过程关键技术的专项研究被列入国家“863”计划,拟针对法向承力锚工程应用的关键技术环节,包括锚的嵌入定位规律及技术、锚从拖曳状态到系泊状态的转换技术、新型拖曳锚的优化设计以及拖曳锚的综合布置技术等开展系统深入的研究,力争在这些关键技术方面实现突破性进展并取得自主、系统、具有先进性的成果。对于这些关键技术的研究,模型实验与其它研究方法相比具有无可替代的作用,它不仅是理论研究,也是今后现场实验和工程应用的必要基础。目前对于法向承力锚模型实验的研究相对匮乏,模型实验资料相对较少。在已有的模型实验中均未能较好地模拟真实的海洋环境和海底土质,模型实验的考查还不够全面。本文结合已有的模型实验经验,模拟真实的海洋土体,基于一定的设计原则设计新型拖曳锚模型实验系统。其中,模型实验设计包括水槽设计,拖曳系统设计,量测系统设计和模型锚板设计。在此设计搭建的实验平台下实施模型实验,探究法向承力锚拖曳嵌入的规律,并依据测得的拖曳锚动力学参数对本模型实验系统的性能进行评价。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 法向承力锚拖曳嵌入的基本原理和影响因素
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 影响因素
• 1.3 拖曳锚实验的研究现状
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 法向承力锚的研究进展
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 水槽设计
• 2.1 概述
• 2.2 水槽海洋土材料的选择及确定
• 2.2.1 海洋土的特性及其相关参数
• 2.2.2 国外模型实验中所采用的土样实例分析
• 2.2.3 水槽材料的选用
• 2.3 水槽尺寸的确定
• 2.3.1 水槽高度和宽度的确定
• 2.3.2 水槽长度的确定
• 2.4 水槽形状设计原理及确定
• 2.5 小结
• 第三章 拖曳系统设计
• 3.1 概述
• 3.2 海底拖缆的实验模拟
• 3.3 拖曳设备设计
• 3.3.1 拖曳动力装置的选用
• 3.3.2 拖曳导轨设计
• 3.3.3 拖缆材料的选用
• 3.4 回收设备设计
• 3.5 小结
• 第四章 量测系统设计
• 4.1 概述
• 4.2 量测方法的选择及确定
• 4.2.1 国外实验的量测设备及方法
• 4.2.2 非接触式量测设备
• 4.2.3 接触式量测设备
• 4.3 锚板运动轨迹量测系统的设计
• 4.4 辅助量测系统的设计
• 4.4.1 辅助量测系统传感器布置
• 4.4.2 传感器电路连接
• 4.5 小结
• 第五章 模型锚板设计
• 5.1 概述
• 5.2 国外锚板设计情况
• 5.3 模型锚板的设计原则
• 5.3.1 影响锚板性能的设计参数
• 5.3.2 锚板的设计原则和标准
• 5.4 模型锚板设计
• 5.4.1 锚板主体部分设计
• 5.4.2 锚板支架设计
• 5.4.3 锚胫设计
• 5.5 小结
• 第六章 模型实验实施及系统性能评估
• 6.1 概述
• 6.2 模型实验情况及系统性能评估
• 6.2.1 模型实验概述
• 6.2.2 水槽性能评估
• 6.2.3 拖曳系统与量测系统性能评估
• 6.2.4 模型锚板性能评估
• 6.3 影响模型实验实施进度的因素
• 6.4 小结
• 第七章结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢