法向承力锚的初始入土深度研究

论文摘要

随着深海石油、天然气等资源的开发,大型浮式采油、储存、装卸设备（FPSO）等海上大型结构物使用的增多,高承载力锚式系泊系统的研究和开发应用成为大势所趋。法向承力锚是具有质量小,承载力高等优点,它的安装与传统拖曳锚相同,只是由一个特殊的装置使它从安装状态转变为法向受力状态,从而得到3.5倍安装荷载的承载力。法向承力锚是目前市场上最小最轻的深水锚,在深水浮式系统上有广阔的应用前景。国内外关于法向承力锚承载能力的研究很多,取得了很大的成果。但是关于法向承力锚安装定位方面的研究很少,还没有一种能专门反映法向承力锚初始入土深度的计算方法,多采用经验公式的方法。本文根据先前研究者的部分成果和有关锚的设计规范,编写FORTRAN程序,分析水深、锚重量和海床土的性质对锚入土深度的影响。结果表明,在水深较浅时,一定重量的VLA的入土深度随水深的增加增大,当水深较深时则影响很小。在水深一定时,VLA的入土深度随自身重量的增大而增大,VLA在粘土中的入土深度显著大于其在砂土中的深度。本文应用大型通用结构计算软件ANSYS,建立了法向承力锚入水和入土的有限元模型,再采用ANSYS/LS-DYNA处理器进行计算。在模拟入水过程时,本文采用LS-DYNA的ALE算法计算锚入水过程的流固耦合问题,给出锚在自身重力作用下下沉的速度、位移时间历程曲线。在锚贯入土层时,采用SPH无网格算法,得到锚贯入过程的速度、位移时间历程曲线以及不同时刻锚与周围土体的应变传播云图。最后分析比较有限元的计算结果与FORTRAN计算结果,并对两种计算方法各自的特点进行总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 法向承力锚的发展概况
• 1.3 VLA的特点
• 1.3.1 VLA系泊与传统系泊模式的比较
• 1.3.2 VLA的受力特点
• 1.3.3 VLA的破坏模式
• 1.4 国内外研究
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 VLA贯入过程的数学模型
• 2.1 VLA入水过程的数学模型
• 2.1.1 VLA入水过程所受粘滞阻力
• 2.1.2 VLA入水过程微分方程的建立
• 2.2 VLA入土数学模型
• 2.2.1 粘土中VLA贯入过程的数学模型
• 2.2.2 砂土中VLA贯入过程的数学模型
• 2.2.3 模型中各参数的选取
• 2.2.4 微分方程的离散化形式
• 2.3 小结
• 第三章 VLA初始贯入度计算程序设计
• 3.1 概述
• 3.2 流程图
• 3.3 VLA模型简化
• 3.4 VLA入水的最终速度
• 3.5 VLA的入土深度计算
• 3.5.1 水深对VLA入土深度的影响
• 3.5.2 VLA重量对入土深度的影响
• 3.5.3 海床土性质对入土深度的影响
• 3.6 小结
• 第四章 VLA入水过程的数值仿真
• 4.1 引言
• 4.2 ALE方法简介
• 4.3 VLA入水模型的建立
• 4.3.1 材料及状态方程
• 4.3.2 模型参数
• 4.3.3 边界条件的选取
• 4.4 计算结果
• 4.5 小结
• 第五章 VLA贯入土中过程的数值仿真
• 5.1 无网格方法简介
• 5.2 SPH方法
• 5.2.1 SPH方法的特点
• 5.2.2 SPH方法的基本理论
• 5.3 VLA入土数值模型
• 5.3.1 材料及尺寸选取
• 5.3.2 载荷及边界条件
• 5.3.3 接触处理
• 5.4 计算结果
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢