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基于CEL方法对拖锚过程的数值分析

地下空间与工程学报 2017年第6期13卷 1573-1578页

作者：任宇晓闫澍旺闫玥陈国锋贺晓青天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072

船锚的正常工作关系到船舶的安全运营,锚在底质中运动规律的研究一直吸引着众多学者,由于锚在土中的拖动过程中时刻发生着土的大变形和破坏,涉及到材料非线性、几何非线性及接触非线性等诸多力学问题,通过解析的研究手段很难准确地分析... 详细信息

船锚的正常工作关系到船舶的安全运营,锚在底质中运动规律的研究一直吸引着众多学者,由于锚在土中的拖动过程中时刻发生着土的大变形和破坏,涉及到材料非线性、几何非线性及接触非线性等诸多力学问题,通过解析的研究手段很难准确地分析拖锚过程。笔者采用霍尔锚进行了物理模型试验,通过模型试验测试了拖锚过程运动特性和锚的姿态变化,采用耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立了拖锚过程的计算分析模型,对模型试验进行模拟。通过计算得到了拖锚过程中锚的姿态随拖锚距离的变化,给出了锚的入土深度随水平位移的关系,计算结果与试验结果较吻合,验证了该分析方法在分析拖锚问题上的合理性。该方法可用于拖锚过程的研究和相关设计。

关键词：拖锚 CEL 数值分析模型试验欧拉单元

AC-14大抓力锚在无黏性土中的拖锚运动研究

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岩土工程学报 2019年第A02期41卷 205-208页

作者：任宇晓郭炳川高鑫庄道坤闫澍旺王彦頔天津大学建筑工程学院天津300072 中交第一航务工程局有限公司天津300461

关键词：模型试验大抓力锚拖锚海床底质锚抓力碎石层

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船舶拖锚对海底电缆埋深的影响

船海工程 2018年第1期47卷 147-150,154页

作者：徐伟汪嘉钰郑志源黎予颖中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510660 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

针对工程船舶常用的大抓力锚,考虑拖锚啮土深度和影响范围,确定海底电缆的最佳埋设深度。采用模型试验和数值模拟的方法分析拖锚过程中船锚的啮土轨迹;基于室内模型试验结果并结合船锚尺寸,提出船锚啮土深度与影响范围的理论计算方法。... 详细信息

针对工程船舶常用的大抓力锚,考虑拖锚啮土深度和影响范围,确定海底电缆的最佳埋设深度。采用模型试验和数值模拟的方法分析拖锚过程中船锚的啮土轨迹;基于室内模型试验结果并结合船锚尺寸,提出船锚啮土深度与影响范围的理论计算方法。理论计算结果和数值分析结果与模型试验实测数据吻合良好,验证了理论算法和数值模拟方法的可靠性。

关键词：海底电缆拖锚啮土深度影响范围大抓力锚

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海底双层管道落拖锚损伤机理和控制策略研究

海底双层管道落拖锚损伤机理和控制策略研究

作者：阎宇峰中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

海底双层管道(Pipe-in-pipe)因其优异的保温性能,被广泛应用于海洋高温高压油气藏采出物的生产运输中。近年来,随着海洋航运及海洋渔业等的蓬勃发展,海底双层管道在投产前和服役过程中容易受到船舶抛锚、海上落物等冲击载荷及船舶拖锚... 详细信息

海底双层管道(Pipe-in-pipe)因其优异的保温性能,被广泛应用于海洋高温高压油气藏采出物的生产运输中。近年来,随着海洋航运及海洋渔业等的蓬勃发展,海底双层管道在投产前和服役过程中容易受到船舶抛锚、海上落物等冲击载荷及船舶拖锚、渔船拖网等静载荷的作用,使得海底双层管道特别容易产生凹陷等损伤,进而降低海底双层管道的机械强度,威胁海底双层管道的安全运行。因此,明确海底双层管道落锚、拖锚损伤机理,对海底双层管道的设计、保护方案的确定具有重要意义。本文针对海底双层管道受到第三方破坏时的损伤特性以及常见保护措施的效果开展研究,主要研究内容如下:(1)海底双层管道落锚损伤特性研究。基于建立的海底双层管落锚冲击有限元模型,分析双层管在受到撞击后的失效模式;研究形状、质量、速度等与落物相关的因素,管材、管径、壁厚等与管道相关的因素对管道落锚损伤的影响规律;从能量的角度给出海底双层管道落锚损伤评估方法;并研究扶正器、锻造连接件等双层管特殊结构对双层管抵抗落锚冲击损伤的影响。(2)海底双层管道拖锚损伤特性研究。基于建立的海底双层管拖锚有限元模型,分析双层管道受到极大静载荷作用时的失效模式;研究管材、壁厚、管径、管长等与管道相关的因素对管道拖锚损伤的影响规律;给出双层管变形与载荷之间的关系;并研究扶正器、锻造连接件等双层管特殊结构对双层管抵抗拖锚损伤的影响。(3)海底管道落拖锚损伤控制策略。对于工程中常用的混凝土配重层、挖沟埋设、混凝土压块、柔性防护垫等海底管道预防第三方破坏的措施,通过建立相应合理的有限元模型,对比分析不同保护措施对管道抵抗第三方破坏损伤的效果。基于以上研究发现:随着管道钢材等级的提升、壁厚和管道直径的增加,相同撞击能量下管道产生凹陷的深度逐渐减小(落锚撞击)、相同位移下压头与管道之间的接触力越大(拖锚损伤);长度对受落物撞击后管道的损伤没有影响(落物撞击)但会降低相同位移下压头与管道间的接触力(拖锚损伤)。双层管的特殊结构仅在距落物撞击点和压头作用点较近时,才会对双层管的损伤产生较大影响。不同防护措施均可在一定程度上缓解海底管道的落锚损伤和拖锚损伤。

关键词：海底双层管道落锚拖锚影响因素损伤评价防护措施

基于ABAQUS的拖锚对海底管线的损害研究

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基于ABAQUS的拖锚对海底管线的损害研究

作者：周沛林江苏科技大学

学位级别：硕士

渤海是我国海洋油气的主要产区,随着我国经济的快速发展,能源稀缺的问题日益显现,而石油天然气资源的开发和利用是我国现代化建设中不可或缺的一部分。海底管道是海上石油和天然气资源开发的重要组成部分,是海洋油气工程的生命线。近些... 详细信息

渤海是我国海洋油气的主要产区,随着我国经济的快速发展,能源稀缺的问题日益显现,而石油天然气资源的开发和利用是我国现代化建设中不可或缺的一部分。海底管道是海上石油和天然气资源开发的重要组成部分,是海洋油气工程的生命线。近些年海底管线损害的事件越来越多,海底管线一旦发生泄漏,后果十分严重,而这些有大多数都是因为抛锚作业引起的。为了防止海底管道发生泄漏确保安全的进行油气输送,有必要对海底管线损坏概率和抛锚作业对海底管线的损害程度以及保护措施进行研究。首先,本文是基于挪威船级社的海底管线保护风险评估规范对渤海进行研究,抛锚作业对海底管线的损害有两种:撞击损害和拖曳损害。影响海底管线破损程度的因素很多,先对渤海海域的大气水文以及土壤地质进行介绍,为后文计算提供依据,在对直接撞击海底管线的锚进行详细介绍和选取,同时介绍了ABAQUS中接触问题的相关知识。其次,本文对撞击损害进行了研究。首先是撞击概率,运用概率论假设漂移服从正态分布,建立相应的数学模型,得出撞击概率;再者是撞击能量,运用动能定理对锚坠入海底的速度和能量进行了计算;最后,采用土壤吸收能量公式,得出锚在保护层中的入土深度。并利用ABAQUS对其进行数值模拟,撞击分析中,利用数值模拟分析了管壁厚度、管线长度对最终凹痕深度的影响,并与其他撞击形式、DNV规范计算值进行对比,得出规范的可靠性。然后,本文对拖曳损害进行了研究。先对锚的拖曳行为和规范中的管线拖曳进行了介绍,其次对抛锚作业中拖曳力的大小进行了计算,并建立了拖曳载荷分析模型,利用ABAQUS模拟出不同土壤条件下拖曳力的大小。拖曳力包括锚的抓力和锚链的抓力,并根据得出的结果对管线进行安全校核。同时还对船舶的淌航距离进行了计算,得出禁锚区的设置依据。最后,在已有研究的基础上,得出管线的设计掩埋深度,提出禁锚区距离的设置方法,并详细介绍了堆石保护层的理论方法,对堆石保护层的设计有一定的指导意义,同时还提出一些其他海底管线和海底电缆的保护措施,对指导施工具有积极意义。

关键词：抛锚拖锚海底管线撞击拖曳保护措施

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拖锚载荷对南堡油田海底管道产生的风险分析

石油工程建设 2023年第2期49卷 16-19页

作者：张传隆中国石油冀东油田分公司河北唐山063200

南堡油田海底管道周边无锚地,但海底管道可能受到正常航行船舶紧急抛锚时所导致的拖锚威胁。针对360 kg的霍尔锚,基于ABAQUS有限元软件和霍尔锚标准,对南堡油田地区拖锚入土极限深度进行了模拟,基于挪威船级社和德国劳氏船级社标准,对... 详细信息

南堡油田海底管道周边无锚地,但海底管道可能受到正常航行船舶紧急抛锚时所导致的拖锚威胁。针对360 kg的霍尔锚,基于ABAQUS有限元软件和霍尔锚标准,对南堡油田地区拖锚入土极限深度进行了模拟,基于挪威船级社和德国劳氏船级社标准,对拖锚击中海底管道的可能性进行了计算。研究结果表明,按照管道周边5 000艘(次)/(年·km)的估测数量计算,拖锚击中管道的概率为1.21×10^(-5),根据南堡油田作业风险矩阵,判断南堡油田海底管道被拖锚击中的可能性为低;而对于覆土超过船锚极限入土深度的管段,其遭受第三方破坏的风险则更低。研究工作可为南堡油田海底管道风险管理决策提供技术支撑。

关键词：海底管道拖锚入土深度概率分析风险分析

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拖锚靠泊出链长度的估算

航海技术 2021年第1期 9-12页

作者：张剑宁波引航站

描设备除在船舶锚泊时提供锚泊力外,在船舶操纵(例如靠离码头、抛锚掉头、拖锚倒航、应急操纵、锚链系浮筒等)中都发挥至关重要的辅助作用。就船舶靠泊而言,当遇到强风急流拖船助泊困难、没有配备侧推器或侧推器损坏时,通过拖锚方式将... 详细信息

描设备除在船舶锚泊时提供锚泊力外,在船舶操纵(例如靠离码头、抛锚掉头、拖锚倒航、应急操纵、锚链系浮筒等)中都发挥至关重要的辅助作用。就船舶靠泊而言,当遇到强风急流拖船助泊困难、没有配备侧推器或侧推器损坏时,通过拖锚方式将为船舶靠泊安全提供有力保障。

关键词：侧推器船舶操纵应急操纵船舶靠泊拖锚锚泊力船舶锚泊系浮筒

海底电缆保护的混凝土联锁块软体排抗拖锚稳定性分析

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水道港口 2022年第2期43卷 252-257页

作者：张亮亮曹波罗彦别社安范爽武哲宇孟京津中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663 天津大学建筑工程学院天津300072

针对硬质海床上的电缆采用混凝土联锁块软体排进行覆盖保护的技术方案,对软体排的抗拖锚稳定性进行了分析。首先对拖锚过程中位于软体排上的锚体及锚爪进行受力分析,建立锚爪在软体排上的运动控制方程,据此求得锚爪在软体排上的运动条... 详细信息

针对硬质海床上的电缆采用混凝土联锁块软体排进行覆盖保护的技术方案,对软体排的抗拖锚稳定性进行了分析。首先对拖锚过程中位于软体排上的锚体及锚爪进行受力分析,建立锚爪在软体排上的运动控制方程,据此求得锚爪在软体排上的运动条件及施加给软体排的作用力;之后对软体排及电缆进行受力分析,建立软体排及电缆的抗滑稳定性分析方程。利用所建立的软体排抗拖锚稳定性分析方法,对试验模型进行了计算分析,结果与试验吻合。结合工程中的软体排参数,讨论分析了对软体排的抗拖锚性能有影响的因素和影响规律,并提出了提高软体排抗拖锚稳定性的措施。

关键词：混凝土联锁块软体排拖锚海底电缆稳定性分析

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应急抛锚状态下拖锚对海管的撞击损伤

集美大学学报（自然科学版） 2018年第4期23卷 279-286页

作者：孙倩周宏周沛林集美大学轮机工程学院福建厦门361021 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

为了分析拖锚对海底管道的撞击损伤情况,运用ABAQUS软件,对应急抛锚情况下拖锚与海底管道进行建模。选取最危险的锚尖与管道正撞情况进行了数值模拟,根据碰撞后管壁的凹痕深度与管道外径的比值,对海底管道进行安全校核;同时选取了不同... 详细信息

为了分析拖锚对海底管道的撞击损伤情况,运用ABAQUS软件,对应急抛锚情况下拖锚与海底管道进行建模。选取最危险的锚尖与管道正撞情况进行了数值模拟,根据碰撞后管壁的凹痕深度与管道外径的比值,对海底管道进行安全校核;同时选取了不同管壁厚度和管道长度进行了计算比较,得出了拖锚撞击损伤程度随海底管道的壁厚和管道长细比的增加而减小。最后将DNV规范计算结果与有限元数值模拟结果进行对比,发现规范计算值明显偏大。研究成果对分析海底管道受拖锚撞击损伤的变形规律、海底管道的设计及修复具有一定的实用意义。

关键词：拖锚海底管线撞击损伤