重力贯入锚的初始贯入及旋转行为研究

摘要

深水锚是深水系泊系统的核心组成部分，而重力贯入锚作为深水锚的最新发展，具有其它深水锚难以企及的综合优势，尤其是 OMNI-Max锚具备可抵御灾害条件的特殊能力。本文基于深水锚固结构的工程背景，以重力贯入锚为基本研究对象，通过大变形有限元数值模拟和理论分析两种研究方法，研究锚在安装过程中的关键技术和锚在海床中的运动特性，建立起预测重力贯入锚入土速度、初始贯入深度和旋转行为的数值和理论分析模型，考察了相关参数对重力贯入锚初始贯入行为和OMNI-Max锚旋转行为的影响。基于本文所建立模型的分析结果，加深对重力贯入锚安装过程及复杂运动行为发生机理的认识，以期为工程应用提供有益的建议。
　　针对重力贯入锚初始贯入行为的研究，本文建立了一套可以预测重力贯入锚初始贯入行为的数值分析模型：依据牛顿第二定律，建立重力贯入锚在水中的运动模型，并预测锚的入土速度；采用大变形有限元分析技术耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）法数值模拟重力贯入锚在海床土中的初始贯入行为，考虑了应变率与应变软化效应和水流拖曳力，并合理地处理了锚-土界面摩擦，研究了锚的运动行为、土体流动机理、土体破坏模式及土体强度响应。通过与鱼雷锚和OMNI-Max锚的现场试验数据进行对比，验证了数值模型的可靠性。同时，针对已有的两种理论模型进行修正，引入水流拖曳力的影响。
　　由于对重力贯入锚运动行为的发生机理缺乏认识，理论研究方法难以着手，同时试验研究的开展也受经济性、可行性等因素的限制。在这样的条件下，利用大变形有限元法提出一套有效可靠的分析模型并将之应用于重力贯入锚旋转行为的研究中，具有极其重要的意义。基于 CEL法，建立了考虑缆绳影响的OMNI-Max锚运动行为的数值分析模型，其中缆绳的影响通过缆绳方程来考虑。探讨影响 OMNI-Max锚旋转行为的主要因素，包括：锚初始埋深、土体强度、拖曳角、拖曳速度和缆绳方程等参数。通过参数考察，加深对 OMNI-Max锚旋转行为的认识，并建立能够准确描述 OMNI-Max锚旋转行为的经验公式，为OMNI-Max锚运动轨迹的预测提供帮助。同时，合理计算锚的埋深损失将为预估锚的承载性能提供重要依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 重力贯入锚

1.3 重力贯入锚初始贯入行为的研究现状

1.4 重力贯入锚旋转行为的研究现状

1.5 大变形有限元分析技术的研究现状

1.6 论文的主要工作

第2章 重力贯入锚初始贯入行为的数值模拟

2.1 引言

2.2 重力贯入锚水中运动行为的数值实现

2.3 CEL法模拟重力贯入锚贯入土体过程的关键技术

2.4 小结

第3章 数值模型的验证

3.1 引言

3.2 重力贯入锚水中运动模型的验证

3.3 鱼雷锚初始贯入行为的验证

3.4 OMNI-Max锚初始贯入行为的验证

3.5 小结

第4章 参数考察与分析

4.1 引言

4.2 应变率与应变软化效应系数的影响

4.3 摩擦系数的影响

4.4 入土速度的影响

4.5 土体强度的影响

4.6 小结

第5章 重力贯入锚初始贯入深度的理论分析模型

5.1 引言

5.2 承载力分析模型

5.3 能量分析模型

5.4 理论分析模型的应用

5.5 小结

第6章 重力贯入锚旋转行为的研究

6.1 引言

6.2 影响OMNI-Max锚旋转行为的因素分析

6.3 数值分析模型

6.4 参数考察与分析

6.5 经验公式

6.6 误差分析

6.7 小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢