深水绷紧索系泊系统设计的研究

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1、大连理工大学硕十学位论文摘要随着人类资源开发逐渐向深海发展，适用于深海的新型系泊技术的研究成为热点。本文对在深海中应用越来越广泛的绷紧索系泊系统设计和分析中的几个关键技术——法向承力锚的极限承载力计算、系泊缆索动力分析以及系泊浮体的耦合计算进行了研究，为绷紧索系泊系统在实际工程中的应用提供了一定的理论依据。绷紧索系泊系统多采用负压桶形基础或法向承力锚。本文介绍了一种新型的法向承力锚——IDENNLA式的构造、工作机理、安装回收方法和优点。法向承力锚的承载力特性尤其是极限承载力是检验锚能否失效的一个关键指标。极限承载力的计算多采用基于实地试验的经验公式法进行。这种方

2、法并不能准确地反应法向承力锚的受力特性。本文提出了一种法向承力锚极限承载力计算的数值方法。基于土的弹塑性理论，以法向承力锚及其周围土体为研究对象，建立三维数值模型，计算法向承力锚的极限承载力，并通过改变数值模型考察锚的埋深、埋置角度、系泊力角度等重要参数对法向承力锚极限承载力的影响。深海绷紧索系泊系统的缆索动力分析过程中，缆索变形的非线性效应在缆索大变形、大预张力的条件下不可忽略。本章基于Garret的弹性杆理论，对系泊缆索进行分析得到动静力方程，并采用非线性有限元法进行数值求解。缆索静态计算时，通过Newton．Raphson迭代法得到缆索的张力一位移关系；缆索

3、动态计算时，考虑了缆索运动产生的惯性力和附加质量，在每个时间点上假定缆索单元瞬时动力平衡，通过Adam．Bashforth法化简缆索运动动力方程，并迭代求解得到其动张力。最后，通过计算不同模型，研究了绷紧索系泊系统单根缆索的动张力分布情况以及缆索成分对动张力的影响。本文最后提出了深水绷紧索系泊系统的设计方法。在系泊浮体的耦合计算中，首先采用时域GREEN函数法计算得到浮体的运动响应，通过与计算三维缆索动力响应的非线性有限元法耦合得到系泊浮体的运动响应。结合数值算例，验证了绷紧索系泊系统在深海半潜平台定位中的可行性和有效性。关键词：绷紧索系泊系统；法向承力锚；系泊缆

4、索动力分析；系泊浮体耦合计算深水绷紧索系泊系统设计研究InvestigationondeepwaterTaut—wiremooringsystemdesignAbstraotWiththedevelopmentofresourceexploitationindeepsea,theresearchofnewdeepwatermooringsystemshasbecomeanimportantdomain．Inthisstudy,keystepsofTaut—wiremooringsystemsdesignsuchascalculationoftheultimatep

5、ull-outcapacity(UPC)ofVerticalLoadedAnchor(VLA)，dynamicanalysisofmooringlinesandcoupledcalculationofmooredfloatingbodyareinvestigatedbycomputations．，nlisprovidesusefultheoreticalsupportfortheapplicationofTaut-wiremooringsystemindeepwaterstructures．Taut．wiremooringsystemusuallyadoptsSu

6、ctionCaissonsorVLAasitsbasis．TmSstudyprovidestheconstruction，mechanism，installation，recoveryandadvantagesofanewtypeofVLA—mENNLA．Moreimportant．UPCisakeyfactortoverifywhetherVLAisoutofoperation．However,thecurrentcalculationofUPCisbasedontheempiricalformulawhichCanhardlyprovidesaccurater

7、esults．Inthisstudy．theUPCofVLAiscalculatedbyathreedimensionnon．1inearfiniteelementmethodbasedonElastic．Plastictheoryofmud．Inaddition，theinfluenceofembedmentdepth，flukeangleandactionangleofmooringforceonUPCisanalyzedbycalculatingdifferentnumericalmodels．Inthedynamicanalysisoftaut．wirem

8、ootin