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新型轻质动力锚在黏土中沉贯过程的数值模拟研究
| 论文题名： | 新型轻质动力锚在黏土中沉贯过程的数值模拟研究 |
| 关键词： | 深海平台;轻质动力锚;海洋软黏土;沉贯过程;数值模拟 |
| 摘要： | 动力锚作为深海平台锚泊系统中的一种基础形式，因其低成本和高承载能力的特点，广泛地用于深海油气资源的开发利用中。现阶段使用最广泛的动力锚分别为鱼雷锚和OMNI-Max锚，但是这两种锚在安装稳定性、承载效率以及抗拔能力方面仍有较为明显的局限性，这无疑限制了动力锚的使用范围。为了弥补动力锚的缺点课题组设计一款新型轻质动力安装锚，使其具有高承载能力、受荷载下潜且成本低廉等优点，并且在动力锚的尾部增加助推器增加锚的沉贯深度。 本文的第一部分采用基于计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)的商业数值计算软件ANSYS CFX17.0，通过动网格大变形计算方法，模拟了新型轻质动力安装锚在正常固结土中的贯入过程。研究了土体率效应、软化效应、锚-土界面摩擦效应、贯入速度、助推器重量和土体抗剪强度对锚沉贯深度的影响。研究结果表明，土体强度和助推器重量对沉贯深度的影响最大，贯入速度、界面摩擦效应、率效应参数和软化效应参数对沉贯深度也有较显著的影响，而土体率效应中的参考剪切应变率对沉贯深度的影响相对较小。 本文的第二部分提出了基于锚的总能量的沉贯深度预测模型和基于牛顿第二定律的预测锚沉贯过程的运动微分方程模型。能量预测模型可以快速的估计锚的沉贯深度，而运动微分方程模型可以准确描述锚在沉贯过程中受力的变化，同时能够获得动力锚在沉贯过程中的贯入速度(v)-贯入深度(z)曲线。本文在原有预测模型的基础上考虑了界面摩擦效应、应变率效应和软化效应对沉贯过程中的影响，提高了模型的预测精度，为实际工程中对动力锚的设计和使用提供理论依据。 |
| 作者： | 卜南乔 |
| 专业： | 水工结构工程 |
| 导师： | 刘君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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