深水悬链锚泊线与海床土接触的相互作用研究摘要
随着陆地和海洋浅水区储油量的枯竭,深水石油勘探和开发已经成为海洋工业的一个新方向。为了有效的勘探和开采深海油气资源,目前全世界已经安装了许多深海平台,且一般需要锚泊系统定位其海上位置。锚泊线是锚泊系统的重要组成部分,如果锚泊线失效它将造成极大的经济损失甚至会危害人身安全。作为最常用的深水悬链式锚泊线,在风、浪、流作用下会与海床频繁接触和分离,触地点是锚泊线与海床最初接触到的部位,它是锚泊线悬链线部分和着底部分的交点。在环境荷载作用下,触地点是不断改变的,它极容易产生突变应力进而发生疲劳破环,这不仅对整个锚泊系统的动力响应产生影响,而且危及到整个深海平台的安全。由于该接触区域涉及到几何非线性、接触非线性以及海床参数不确定性,所以这个区域是锚泊线数值分析的难点,需要展开研究。本文在时域范围内针对锚泊线与海床土接触区域的疲劳特性问题进行深入研究,主要工作如下:1、使用大型有限元软件ANSYS,考虑锚泊线悬链部分的几何非线性和锚泊线与土体的接触非线性,建立锚泊线与海床土相互作用的有限元模型。2、使用水动力软件AQWA,得到平台总体运动时程响应,将其作为锚泊线的顶端输入条件,计算锚泊线与海床土的接触应力。3、针对各短期海况条件,分别采用刚性、弹性、DP弹塑性土体本构模型,研究各种土体模型对接触应力的影响。4、采用雨流计数法对接触区域的锚泊线应力时程曲线进行统计得到疲劳载荷谱,再根据Miner线性累计损伤理论对各个短期海况的疲劳损伤进行计算,最后得到接触区域在长期海况下的疲劳损伤,并对锚泊线的疲劳性能进行评估。
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