考虑安装锚链影响的法向承力锚初始贯入过程数值仿真

摘要

法向承力锚(VLA)是适用于绷紧索系泊系统的一种新型系泊基础，以解决此类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。此类锚具有很高的抗拔承载力，这种高承载力很大程度上取决于锚在海床中的施工定位，其中埋置深度是影响法向承力锚极限承载能力的决定因素，因此对VLA初始贯入深度的研究非常重要。而在初始深度的研究中发现，安装锚链的拉力及海床土体性质对VLA初始贯入度的影响是不可忽略的。目前国内外针对VLA初始贯入深度研究主要通过半经验计算方法，还没有一种专门针对VLA初始贯入深度研究而且全面反映各个影响贯入度因素作用的计算方法。
　　 本文旨在通过建立考虑锚链拉力，海床土体性质、锚板质量、水深，初始入土速度等参数影响的VLA初始贯入深度的计算方法。在缺少大规模模型实验的情况下，根据先前研究者的部分成果和有关锚的设计规范，将安装锚链的作用力转化为荷载的形式加载到VLA上，分析VLA的受力形式，建立理论分析模型。利用MATLAB数学工具编写程序，并且用大型非线性动力模拟软件ANSYS/LS-DYNA模拟锚板贯入过程，包括在水、粘土和砂土的贯入过程，均采用ALE算法，粘土和砂土采用VON MISES屈服准则，以此来探讨影响VLA入土深度的影响因素。将两种方法得到的结论进行比较论证，以此说明VLA的贯入过程一些影响因素的影响是不可忽略的，尤其在VLA在海上安装时，锚链拉力及海床土体性质对VLA在海床土体中的贯入度的影响。并对以上两种计算方法各自的特点进行分析和总结。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外物体贯入度的研究进展

1.3存在的问题

1.4本文的主要工作

第二章安装锚链对VLA入水过程的影响

2.1锚链入水过程数学模型

2.2 VLA入水模型的建立

2.2.1锚板有效重力

2.2.2锚板流体拖曳阻力

2.2.3锚链在水中对锚板的作用力

2.3锚板入水微分方程的建立

2.4 VLA及锚链入水过程程序计算

2.4.1 MATLAB解此微分方程原理

2.4.2计算结果

2.5锚重对锚板在水中下沉速度的影响

2.6水深对锚板在水中下沉速度的影响

第三章安装锚链对VLA入土过程的影响

3.1锚板入土过程数学模型

3.2 VLA入土过程微分方程的建立

3.3土体性质对锚板贯入度的影响

3.3.1海床土为粘土情况

3.3.2海床土为砂土情况

3.4 VLA质量对锚板贯入度的影响

3.5水深对锚板贯入度的影响

第四章VLA及锚链贯入过程的数值仿真

4.1 LS-DYNA概述

4.2 VLA及锚链入水模型

4.2.1模型的单元、材料及状态方程和参数

4.2.2模型简化

4.2.3模型荷载及边界条件

4.3计算结果

4.4 VLA及锚链入土有限元模型

4.4.1锚板贯入粘土过程

4.4.2锚板贯入砂土过程

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢