风浪载荷对船载红土镍矿流态化的影响研究

摘要

红土镍矿作为IMSBC规则中划分的A组货物的一种，其具备该组货物的易发生流态化的属性。即在船舶运输中，当含水量超过一定值时，在风浪、船舶机械等振动下，析出水分与货物在表面形成泥浆，泥浆随着船舶的摇摆，会影响船舶的稳性，导致船舶重心晃动，严重时会导致船舶倾覆，造成人员和财产的损失。本文主要从红土镍矿的土力学属性出发，研究船舶在航行中风浪载荷对红土镍矿的液化影响。期望为海事部门监督管理易流态化货物安全提供新的参考。
　　本文首先介绍土体发生液化的机理，将土体液化与IMSBC规则中的易流态化货物发生流态化进行比较，得出理论上的一致性。然后，使用岩土工程中常用的数值模拟软件模拟土力学的动三轴实验，达到利用数值模拟软件，应用土力学理论对船载易流态货物进行液化模拟的目的。在改变模型参数的情况下，比较分析得出船舶载运红土镍矿时，矿石发生流态化的外部影响因素。最后，对海浪密度谱、船舶航行中的摇摆计算和波浪载荷施加于船舶的动应力加以归纳总结。
　　本文通过对IMSBC规则和土体振动液化理论的深入研究，得出了红土镍矿的流态化机理。运用土体的边界面模型，参考动三轴实验对红土镍矿流态化进行数值模拟。依据CCS规范提供的方法，获得计算波浪载荷对船舶的作用力。将数值模拟与实船计算获得的波浪力结合，得到监管易流态化货物安全的方法，具有一定的研究意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 国内重大镍矿船倾覆事故

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 红土镍矿发生流态化的机理分析

2．1 红土镍矿的性质

2．2 土体发生液化的机理

2．3 镍矿流态化与土液化的比较

2．4 本章小结

第3章 红土镍矿液化数值模拟

3．1 红土镍矿的动三轴实验

3．2 ABAQUS有限元分析软件的理论基础

3．2．1 ABAQUS软件介绍

3．2．2 土力学中的本构模型

3．3 数值模型建立

3．3．1 边界面模型理论基础

3．3．2 参数选取

3．2．3 模型建立

3．4 模型模拟结果及后处理

3．5 影响红土镍矿液化的外部参数数值研究

3．5．1 荷载对液化的影响

3．5．2 频率对液化的影响

3．5．3 围压对液化的影响

3．6 本章小结

第4章 易流态货物海运环境载荷分析

4．1 海浪的分类及定义

4．2 海浪谱理论

4．2．1 海浪谱的定义

4．2．2 主要海浪谱总结

4．3 船舶摇荡情况分析

4．4 波浪对船舶的动压力

4．5 本章小结

第5章 我国沿海红土镍矿水运液化预报研究

5．1 航线环境分析

5．2 船舶受风浪载荷的动应力

5．3 能量密度理论

5．4 红土镍矿水运的液化预报

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者简介