自升式平台仿生桩靴设计与作业评估

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1、学校代码：10289分类号：U674.38+1密级：公开学号：142020003江苏科技大学硕士学位论文自升式平台仿生桩靴设计与作业评估研究生姓名吴文乐导师姓名赵希禄申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业机械制造及其自动化论文提交日期2017年4月28日研究方向海洋工程装备结构设计论文答辩日期2017年6月5日答辩委员会主席潘宝俊评阅人2017年6月5日分类号：U674.38+1密级：公开学号：142020003江苏科技大学硕士学位论文自升式平台仿生桩靴设计与作业评估学生姓名吴文乐指导教师赵希禄教授江苏科技大学

2、二O一七年六月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandoperationevaluationonbionicspudcanofJack-upSubmittedbyWuWenleSupervisedbyProfessorZhaoXiluJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune,2017江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是

3、本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

4、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要现役自升式平台存在桩土连接刚度低、刺穿和滑移事故率高、拔桩阻力大等问题，无法满足钻井作业深水化趋势及工作安全性要求。为此，提出“复合仿生”理念，基于螺壳独特的膨胀层特性和蛋壳优异的流线型结构，开展自升式平台仿生桩靴设计与作业评估，具体研究内容如下：（1）以螺壳表面螺旋部、缝合线以及蛋壳轮廓形状为基础，开展轮廓扫描试验，分别对两者的形状特征进行统计；通过Hypermes

5、h软件提取特征点，利用Origin软件推导并拟合出符合要求的两种螺旋线、体螺层曲线以及蛋壳轮廓线的数学表达式；最后结合Matlab软件和皮尔逊相关系数对拟合出的曲线进行验证，保证曲线与生物原型的高度吻合。（2）通过分析现有的桩靴承载力理论公式，研究单层、多层地基的插桩阻力；接着运用孔扩张理论推导出基于SMP准则的插桩阻力，并与土工试验进行对比；然后分析国内外拔桩阻力的理论公式；最后对理论公式在实际应用和仿生桩靴中的可行性进行分析。（3）结合体螺层特点及函数，构建桩靴下半部分的螺壳形仿生模型；结合蛋壳钝端特点及蛋形函数，构建桩

6、靴上半部分蛋形仿生模型。研究螺壳形仿生模型与蛋形仿生模型之间的复合机制，进而建立“螺壳-蛋壳”形桩靴复合仿生模型。运用仿生桩靴与土壤耦合力学行为分析方法，利用Abaqus数值分析方法，分析“螺壳-蛋壳”形仿生桩靴插桩工况下的插桩载荷与深度的定性关系。最后在后处理过程中研究插桩工况下土壤流动失效模式，并分析土壤流动失效对插桩载荷的影响机制。（4）利用Abaqus数值分析方法，在不考虑渗流-应力耦合情况下研究拔桩阻力变化，并与在渗流-应力耦合情况下的插桩阻力进行对比。其次，通过有限元方法，研究两种桩靴上下表面的孔隙压力变化；最后

7、，研究拔桩工况下土壤流动失效模式，并分析土壤流动失效对拔桩载荷的影响机制。关键词自升式平台；螺壳；蛋壳；桩靴；仿生IAbstractThecurrentjack-uphasdisadvantagesoflowcouplingstiffnessbetweenpileandsoil,highprobabilityofpunch-throughandslidingaccident,worseupliftcapacityandsoon,whichcouldnotmeettherequirementsfordeeptrendandsa

8、fetyofdrillingoperation.Therefore,compoundedbionicideaisputforwardtocarryoutresearchoncompoundedbionicmechanismforsnail-eggshapedspudcanofjack-up