基于ABAQUS的拖锚载荷对海底管线的影响研究

锚击是造成海底管线第三方损伤的重要因素.本文将拖锚对海底管线的损伤分为撞击、拖曳两个方面,并利用ABAQUS软件对上述两种作用方式进行数值模拟.撞击分析中,利用数值模型分析了管壁厚度、管线长度对最终凹痕深度的影响,并与其他撞击形式、规范计算值进行了对比.拖曳分析中,重点探讨了海床土壤性质的影响.结果表明,拖锚对海底管线的撞击作用影响相对较小,平铺于砂质海床上的管线最大拖曳力计算值更大.应用ABAQUS的有限元模型研究海底管线的抗锚害问题切实可行,对于管线设计、提高管线安全性有一定指导意义.     

拖曳锚嵌入机理及运动特性实验研究

针对拖曳锚的嵌入机理和运动特性,设计并实施拖曳锚模型实验.模型实验系统主要由模型水槽、拖曳系统、测量系统和模型锚板4部分组成.实验采用接触式测量技术,实时测量了拖曳力、拖曳角、拖曳距离及锚板方位角、翻转角和运动位移等多运动参数.通过系统分析锚板的运动参数和嵌入轨迹,结果表明:设计锚胫角增大,对应锚板的方位角、嵌入深度和拖曳力均成倍增加;锚板形态对锚板的拖曳嵌入性能具有重要影响,优化的梯形锚板较矩形锚板的各方面性能均有所提高.由实验验证得出,矩形锚板在土中的行进方向平行于锚板平面;在嵌入过程中,锚板的方位角与拖曳角之和近似为常数.     

船舶锚泊作业对海底管线的拖拽损害

针对渤海海域近年来频繁发生的由于抛锚导致海底管线损害故障,对锚和锚链拖拽力进行分析,选取实际船舶计算抛锚作业对海底管线的拖拽力,分析锚泊作业对海底管线的拖拽损害,可为船舶抛锚作业对海底管线损害的风险评估提供依据.     

非圆截面结构抛撒稳定性数值模拟

为分析初始速度、初始偏转角与质心位置对非圆截面结构抛撒稳定性的影响,利用Fluent程序,对结构在抛撒过程中的质心轨迹与旋转角进行了数值研究. 结果表明:质心径向的最终旋转角随初始抛撒速度的增加呈负指数衰减;在不同结构攻角条件下,质心径向和轴向旋转角均随着初始轴向偏转角的增加而减小,且质心径向偏转角降低速率相对较慢;结构攻角的增加在加剧径向偏转量的同时,削减了轴向偏转量;结构初始攻角与径向的偏转对质心轴向旋转影响不明显.     

大跨径悬索桥隧道锚承载力分析

基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟分析．围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元．用读入初始应力法建立复杂构形的初始应力场,围岩开挖应力的释放用场变量相关折减弹性模量法模拟,用单元的激活和移除模拟锚体灌注和岩体的开挖．结果表明,设计缆力时,围岩基本处于弹性状态;数值超载时,围岩承载力约为7倍设计缆力,可能的破坏模式是两锚体向外侧歪斜拔出;剪应力最大值均出现在距后锚面约10m处;对现有锚一隧问来源,锚体破坏对下部公路隧道也无显著影响,两结构施工过程和运营阶段均能满足设计承载要求．     

超声作用下水中微气泡的运动特性

超声促晶过程中,水或溶液中气体微泡的运动特性对结晶过程具有重要影响。建立了水中单个气泡的运动方程,讨论了各种力学因子和气泡粒径对单气泡上浮的影响;重点研究了气泡在外加超声波作用下,气泡粒径的变化规律以及气泡的运动特性。研究结果表明:静水中气泡的上浮速度随时间增加而逐渐增大,上浮初始阶段必须考虑由于加速度所引起的虚拟质量力和Basset力对上浮速度的影响;气泡上浮过程中其粒径越大则上浮速度越大;超声作用下,声压梯度力对气泡运动速度的影响强于其他力学影响因子,其速度变化与超声波发生规律一致;当气泡的初始位置处于超声场的不同位置处,气泡运动的方向相异,气泡具有上下两个方向的位移变化。     

气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同Rosin—Rammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着Rosin—Rammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。     

“插头-锥管”式空中加油软管平衡拖曳位置计算

空中加油软管运动规律的研究是分析战斗机空中加油时控制规律和验证飞机飞行品质的重要前提, 加油软管平衡拖曳位置计算是研究空中加油软管运动规律的基础.利用机翼附着涡和自由涡模拟加油机尾流场对加油软管和锥套的影响,分别建立空中加油软管流场模型、软管气动模型和稳定伞气动模型.将空中加油软管质点离散化,从软管、稳定伞空间受力平衡出发,推出了"插头-锥管"式空中加油软管空间平衡拖曳位置计算方法.利用此方法计算了不同飞行状态下空中加油软管平衡拖曳位置,并分析了空中加油软管平衡拖曳位置在不同飞行状态下的变化规律.计算结果与实际情况吻合,为研究空中加油软管运动规律奠定了基础.     

集料粒径与体积分数对水稳碎石材料抗裂性能的影响

为了研究集料粒径和体积分数对水稳碎石材料抗裂性能的影响,借助离散元法构建了具有相同集料轮廓与位置、不同集料粒径与含量的圆形劈裂数值试件.通过虚拟间接拉伸试验模拟了水稳碎石细观开裂过程,并进一步研究了集料粒径与体积分数对结构细观开裂行为的影响.结果 表明:集料粒径和体积分数对数值试件的力学性能有着显著影响,降低集料体积分...     

地层力计算新模型

定量计算钻头与地层之间的作用力对井眼轨迹控制具有重要意义.由三维钻速方程出发,根据钻头合位移方向即为其运动方向的思想,推导出了计算地层力的新模型.该模型综合考虑了地层和钻头的各向异性以及钻头转角的影响,它不受稳斜稳方位条件的限制,是现有地层力模型的补充和扩展.研究结果表明,钻头各向异性和钻头转角对地层力均有影响,把钻头当作各向同性处理时,计算出的地层力比实际钻头条件下要小;在井眼方位和地层下倾方位之间夹角不同条件下,不考虑钻头转角的影响,地层力会略高或略低于考虑转角的情况.由于钻头转角对地层力的影响很小,计算地层力时可以忽略.     

海底管线自沉过程研究

海底管线的稳定性是海底管线研究的重要内容之一.通过有限元软件ABAQUS,应用Mohr-Coulomb塑性模型,模拟海底管线自沉过程.通过进行海床土体初始地应力平衡、设置管土接触的方法,建立海底管土相互作用模型,分别计算了管线在自重和波流载荷联合作用下的管线变形及土体沉降量.计算结果显示,管线自重和波流载荷对管线的弯曲变形影响较大,对土体沉降量影响较小.同时通过对比模拟研究,发现管线水下重量、外径,土体粘聚力、内摩擦角都对土体沉降量有不同程度的影响,影响的大小程度取决于土体是否进入塑性屈服状态,参数的改变使土体越容易发生塑性屈服,土体的沉降量越大.     

无人驾驶汽车离散优化的轨迹规划算法

针对双向两车道无人车行驶场景,基于离散优化的方法,提出一种新的轨迹解耦规划算法.该算法将带有时间戳的三维轨迹规划问题解耦成分别对路径和速度规划,速度规划时引入ST图,用以描述无人车与障碍物之间的运动关系.通过分层采样的方法构建路径Lattice图搜索初始路径,并基于多目标A~*搜索算法在ST图中规划出初始速度剖面,减少算法的计算量.同时,优化轨迹规划,使轨迹收敛到全局最优解.最后,通过仿真实验,验证了该算法的有效性和可靠性.     

船舶抛锚过程中落锚贯入深度研究

落锚作业是船舶抛锚定位过程的第1个环节,在落锚过程中,船锚不仅可能直接撞击海底管线造成危害,而且船锚的贯入深度会影响拖锚的运动轨迹,从而间接影响海底结构物的运行安全,可见确定船舶落锚阶段船锚的最终贯入深度十分重要.为此,首先开展一系列小比尺落锚模型试验,分别研究在黏性土和无黏性土中船锚质量和落锚高度对霍尔锚和大抓力锚最终贯入深度的影响,发现贯入深度随船锚质量和落锚高度的增加而呈非线性增加,但增幅不断减缓.然后,结合小比尺模型试验,采用能量法和太沙基极限承载力公式拟合船锚贯入深度的计算公式,并确定式中的经验系数.另外,在小比尺模型试验的基础上,验证船舶落锚的数值模拟方法,并对原型船锚的贯入过程进行分析,讨论贯入过程中船锚姿态变化的过程和规律,以进一步揭示落锚贯入深度与船锚触底动能之间的关系.最后,开展现场船舶落锚试验,对比分析本文公式、Young公式、DNV坠物公式、DNV落管公式与现场实测数据之间的差异,发现试验结果和本文公式吻合良好,在验证本文公式正确性的同时阐明了其他理论算法的适用条件与局限性.     

泥浆影响下粗颗粒坡面运移数值模拟与分析

在实验测定泥浆力学参数基础上,利用PFC3D离散单元法,模拟粘性碎屑坡面运动全过程,跟踪记录代表不同部位特定颗粒空间运移轨迹、运动速率变化过程。初步分析不同位置颗粒空间运移轨迹的差异及其对运动速率的影响。结果表明,PFC3D离散单元法能很好再现粘性碎屑流坡面启动、运移和堆积全过程;颗粒碰撞使其沿坡面横向扩展,增大其致灾范围;前端颗粒运动加速时间早,受周围颗粒影响小,具有较高的运动速率和冲击动能。为粘性碎屑流坡面运移过程分析提供新途径,为此类灾害防治提供参考。     

混合粒径风沙流情况下的一种沙粒起跃速度概率密度函数

基于离散单元法,在生成按腾格里沙漠自然沙粒径分布的模拟沙床后,模拟了以具有相应粒径分布的实际风沙流的冲击速度冲击沙床面的粒一床碰撞过程,得到了沙粒起跃的水平和垂向速度及其合速度以及沙粒旋转的初始角速度．经统计分析,给出了风沙流中混合粒径沙粒起跃的水平和垂向速度及其合速度以及沙粒旋转的初始角速度的一种概率密度函数．     

喷淋液滴运动轨迹及有效控制半径的理论模型研究

通过求解单个液滴的动量方程,得到喷淋液滴水平运动速度分量和竖直运动速度分量的理论模型,并在此基础上进一步建立了喷淋有效控制半径的预测模型.实验结果表明,液滴喷出后,其水平运动速度分量很快衰减到零,竖直运动速度分量将渐进于匀速状态.初始喷射角、粒径以及初始速度是影响喷淋液滴运动包络线的决定性因素.初始喷射角越大,液滴的保护半径越大;液滴粒径越大,液滴的保护半径越大;液滴初始速度越大,液滴的保护半径距离越大.当喷头高度高于一定值后,初始速度相同的液滴,其保护半径相同.     

水下拖曳系统升沉补偿液压控制系统研究

针对复杂海洋环境下拖船升沉运动对拖体定深的影响问题,提出了一种水下拖曳系统的升沉补偿控制机理并设计了其补偿系统.基于对缆绳张力影响分析提出了收放速度与升沉速度沿缆绳方向合力为零的升沉补偿机理,通过控制收放缆绳运动来抵消拖体升沉运动并达到理想拖曳速度,基于PID校正方法提高系统的相对稳定性、增加频率带宽设计了升沉补偿控制I型系统.根据线性波理论描述波浪力,通过AMESim软件软件中的液压模块、机械模块和控制模块对水下拖曳系统作业过程进行虚拟样机建模.以调整工况和收放工况为例,对控制前后拖曳体在3种不同海况条件下收放速度、缆绳张力等问题进行计算仿真.仿真实验结果表明,拖曳系统速度补偿效果明显改善,张力波动得到抑制.     

密度层化流体波动场中小尺度水平圆柱体受力模拟

随着海上采油事业发展,海底输油管线受力分析得到了广泛重视．抛弃刚盖假设,模拟了密度分层流中内波与表面波耦合场,采用Morison公式计算了不同深度处水平小尺度圆柱受到的内波和表面波联合作用力．数值结果表明：表面波对内波的影响是不可忽略的;迁移加速度相对当地加速度是一小量;内波场产生的水平波浪力幅值较小,只在水平方向引入高波数振型;内波对垂向波浪力的影响较大;惯性力远大于拖曳力．这些为海底管线受力分析提供了理论基础．     

海底管线溢油数学模型研究

基于Lagrangian积分技术,推广了海底管线溢油数学模型,在模型中首次考虑了溢油的乳化,同时还考虑了剪切卷吸和对流卷吸以及溢油的扩散和溶解.该模型不但能够模拟不分层或分层环境中的水下溢油轨迹,而且还可以在改变水流流速的环境下模拟.讨论了不同Froude数、分层数以及溢油速度和水流速度比下的溢油轨迹和浓度值,通过多次数值模拟发现在改变小孔直径大小而保持Froude数以及溢油初速度和水流流速比不变的情况下,溢油的轨迹变化很小,且溶解总量和乳化总量都很小.将数值模拟结果与实验值进行对比,获得了令人满意的数值结果,说明该模型具有较高的准确性和可靠性,能够反映出海底管线溢油的扩散及上升轨迹.     

装配式钢牛腿偏心受压力学性能试验与有限元分析

装配式钢牛腿,因其结构简单、安装方便、使用安全得到广泛肯定.针对一种新型装配式钢牛腿开展研究.考虑肋板厚度、偏心距、锚板类型,进行了4个不同形式的装配式钢牛腿的偏心受压力学试验.测定了钢牛腿节点的荷载-变形曲线、应力分布状态、极限强度,观测其破坏形式,建立了有限元模型,分析研究了荷载-变形关系和节点弯矩-转角关系.结果 表明:钢牛腿节点呈现出半刚性节点特征.牛腿有两种破坏形式,当锚板无支撑保护时,锚板在牛腿还未达到极限承载力时先屈曲破坏;当锚板有支撑保护时,牛腿的极限承载力取决于螺栓的抗剪强度.从应力分布上对比发现,结构刚度突变处应力集中.连接处的焊缝质量和螺栓的材质是受力的关键,改善它们将极大地提高节点的承载能力.钢牛腿肋板厚度越大,极限承载力越大;偏心距越小,极限承载力越大.节点的初始刚度随肋板的加厚小幅增加,偏心距对节点初始转动刚度影响效果不明显,侧板与锚板安装间隙过大会降低节点刚度,应尽可能减少制作误差.