拖曳锚运动轨迹预测方法研究

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、储存及装卸设备的投入使用,使得适用于深海的高承载力系泊系统的研究受到日益重视。新型拖曳嵌入式板锚是目前国际上适用于深水系泊系统的一种系泊基础。其理想的工作状态是法向受力,即系泊力的作用方向垂直于锚板平面,这时锚类似于一块埋入土中的板式结构,具有很高的抗拔承载力。这种高性能的承载力很大程度上取决于锚在海床中的施工定位,包括方位和嵌入深度,因此从本质上讲,准确预测拖曳锚的运动轨迹是准确评估其极限承载力的前提和基础。新型拖曳锚与传统拖曳锚相比具有锚板面积比较大,在工作状态时锚板为法向受力,但在安装过程和嵌入机理上没有本质区别,因此对传统拖曳锚嵌入过程研究的理论成果很大程度适用于新型拖曳锚。本文针对模型实验平台,设计了可靠的传感器测量系统,可对锚嵌入过程中多动力学参数进行准确测量。在理论上,基于对拖曳锚在海床土中运动机理的理解,首先提出了在不考虑土抗力对拖缆作用下的理想运动模型。该模型假设锚以拖缆长度为半径绕拖缆上端点作圆周运动,通过引入一个无量纲参数获得了锚板运动的轨迹方程。在此基础上,考虑土抗力对拖缆形态的影响,通过对拖缆微元进行受力分析,基于拖缆小角度构形的假设,导出在土体中拖缆的反悬链线方程。通过提出拖缆等效长度的概念,对理想运动模型进行修正,从而获得更接近实际的、考虑拖缆反悬链线效应的锚板运动轨迹方程。最后,通过进行参数分析,对上述运动轨迹方程进行了较为详细的考察。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 新型拖曳锚简介
• 1.3 新型拖曳锚安装过程
• 1.4 国内外研究状况
• 1.5 存在的问题
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 模型实验研究中的测量系统
• 2.1 概述
• 2.2 测量参数
• 2.3 所采用的硬件及其参数
• 2.3.1 选用传感器遵循的原则
• 2.3.2 各种传感器的原理及其参数
• 2.4 动态测量系统
• 2.4.1 传感器的布置
• 2.4.2 信号采集系统
• 2.4.3 数据采集软件
• 2.4.4 数据处理
• 2.5 小结
• 第三章 运动轨迹预测方法研究进展
• 3.1 概述
• 3.2 经验预测法
• 3.3 Neubecker 和Randolph 提出的预测方法
• 3.4 Thorne 建议的计算方法
• 3.5 O′Nell 提出的关于拖曳轨迹的计算方法
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 拖曳系统的受力分析
• 3.5.3 计算过程
• 3.6 小结
• 第四章 拖曳锚运动轨迹基本方程
• 4.1 概述
• 4.2 理想状态下拖曳锚运动轨迹方程
• 4.3 实际状态下拖曳锚运动轨迹方程
• 4.3.1 拖缆反悬链线方程
• 4.3.2 考虑反悬链效应的运动轨迹方程
• 4.4 小结
• 第五章 参数分析及考察
• 5.1 概述
• 5.2 利用初始条件分析参数η
• 5.3 考察L 和η对理想状态下拖曳运动轨迹的影响
• 5.3.1 理想状态下参数η对运动轨迹的影响
• 5.3.2 理想状态下参数L 对运动轨迹的影响
• 5.4 考察L 和η对实际状态下拖曳运动轨迹的影响
• 5.4.1 反悬链线状态下参数η对运动轨迹的影响
• 5.4.2 反悬链线状态下参数L 对运动轨迹的影响
• 5.5 理想状态和实际状态下嵌入运动轨迹的比较
• 5.5.1 两种嵌入运动轨迹的相同点
• 5.5.2 两种嵌入运动轨迹的不同点
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢