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航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

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海洋工程 2024年第3期42卷 179-189页

作者：王懿黄俊李丽伟邓卓远顾雨晨中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海油研究总院有限责任公司北京100028

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石... 详细信息

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法(SPH)和有限元法(FEM)耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明:采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。

关键词：海底管道霍尔锚落锚撞击碎石防护光滑粒子流体动力学法

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霍尔锚落锚对水下沉箱位移影响数值分析

海洋工程 2023年

作者：王忠畅李书兆王丽勤王忠涛鲁金全中海油研究总院有限责任公司大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

应用沉箱保护水下生产系统时，海底管线和沉箱间跨接管与沉箱内部的管汇采用的往往是刚性连接，一旦沉箱基础位移超过设计允许值将会使管汇与外部管缆变形不协调，严重时将导致管线断裂发生漏油等重大工程事故。通过耦合的欧拉-拉格朗日... 详细信息

应用沉箱保护水下生产系统时，海底管线和沉箱间跨接管与沉箱内部的管汇采用的往往是刚性连接，一旦沉箱基础位移超过设计允许值将会使管汇与外部管缆变形不协调，严重时将导致管线断裂发生漏油等重大工程事故。通过耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）方法采用ABAQUS有限元软件建立霍尔锚紧急落锚对水下沉箱位移影响的计算模型，在对比模型试验结果并验证数值模型可靠性的基础上，模拟了贯入速度区间为6～22 m/s、落锚间距为1～5倍锚长的102组不同工况下船舶落锚过程对水下沉箱位移的影响。结果表明，水下沉箱位移随锚贯入速度的增大而增大，随落锚距离增大而减小。根据数值计算结果和影响因素分析，提出了水下沉箱位移的预测方法和不同贯入速度下安全落锚距离的计算表达式。

关键词：霍尔锚落锚距离水下生产系统沉箱位移深海油气

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霍尔锚断裂分析

铸造 2022年第4期71卷 480-483页

作者：马涛徐芳卢贝湖北孝感美珈职业学院湖北孝感432000 武昌职业学院湖北武汉430202

采用化学成分分析、力学性能检测、微观组织观察等实验方法,结合有限元软件仿真计算,对霍尔锚断裂原因进行分析。结果表明,浇注过程中锚爪根部的铸造缺陷以及大量分布的长条状硫化锰夹杂引起的材料韧塑性严重降低是导致失效断裂的主要... 详细信息

采用化学成分分析、力学性能检测、微观组织观察等实验方法,结合有限元软件仿真计算,对霍尔锚断裂原因进行分析。结果表明,浇注过程中锚爪根部的铸造缺陷以及大量分布的长条状硫化锰夹杂引起的材料韧塑性严重降低是导致失效断裂的主要原因。

关键词：霍尔锚断裂分析仿真计算硫化锰夹杂

航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

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海洋工程 2023年

作者：王懿黄俊李丽伟邓卓远顾雨晨中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院中海油研究总院有限责任公司

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击，造成管道局部损伤甚至失效，进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验，观测了霍尔锚下落贯入... 详细信息

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击，造成管道局部损伤甚至失效，进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验，观测了霍尔锚下落贯入碎石的三阶段及其过程中管道的应力应变状态。并通过建立光滑粒子流体动力学法（SPH）和有限元法（FEM）耦合的数值模型，针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚，研究了其贯入碎石层深度和埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚重、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果发现，采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收，能更好的防护海底管道；且采用3米以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。

关键词：海底管道霍尔锚落锚撞击碎石防护光滑粒子流体动力学法

基于CEL方法对霍尔锚在多层粘土中抛锚深度的研究

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基于CEL方法对霍尔锚在多层粘土中抛锚深度的研究

作者：迟连芳大连交通大学

学位级别：硕士

航船应急抛锚时锚板贯入土体可能会对河床或海床中结构物造成影响甚至破坏,因此在通航频繁的航道,结构物埋深的设计需要充分考虑应急抛锚时锚板的贯入深度。已有研究主要集中在锚在单一土层中的贯入问题,多层土抛锚贯入深度方面研究相... 详细信息

航船应急抛锚时锚板贯入土体可能会对河床或海床中结构物造成影响甚至破坏,因此在通航频繁的航道,结构物埋深的设计需要充分考虑应急抛锚时锚板的贯入深度。已有研究主要集中在锚在单一土层中的贯入问题,多层土抛锚贯入深度方面研究相对较少,本文采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法、使用ABAQUS软件模拟了霍尔锚在多层均质粘土的贯入过程,在验证本文数值计算模型有效性的基础上,对霍尔锚贯入土层的运动过程进行了系统研究,对粘土强度分布、霍尔锚触底速度、夹层土几何参数和强度参数等因素对霍尔锚贯入深度的影响进行讨论。主要内容如下:(1)建立了霍尔锚贯入双层粘土的数值模型,主要讨论了霍尔锚触底速度、粘土不排水强度对霍尔锚贯入的影响。通过分析霍尔锚动能随贯入深度变化曲线图,将霍尔锚贯入过程划分为四个阶段,并给出每阶段分界点拟合表达式,最终得到双层土强度不同时贯入深度表达式。(2)结合霍尔锚运动的速度、加速度以及双层土占单层土贯入深度的比例变化曲线,定量地研究了双层粘土强度分布为上软下硬以及上硬下软两种条件下霍尔锚的贯入过程,定性地讨论了下卧土层强度以及双层土强度比对贯入深度的影响。结果表明:在霍尔锚接触到土层分界线之前下卧土层已经对霍尔锚的运动产生影响且在强度比1:2与2:1的条件下,随着单层土土强度的增大,双层土贯入深度占单层土贯入深度的百分比逐渐增大与减小。(3)分别在上软下硬以及上硬下软土层分布条件下探究了夹层土强度和厚度对霍尔锚贯入深度的影响,计算结果显示,在本文计算工况范围内,夹层土强度和厚度与霍尔锚贯入深度均呈线性变化规律。本文提出的霍尔锚在双层粘土中贯入深度的计算流程以及夹层土厚度和强度对霍尔锚贯入深度的影响规律,可以对工程实际提供一定的参考价值。

关键词：霍尔锚多层粘土贯入深度 CEL方法

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霍尔锚在粉细砂中抛锚深度模型试验

海洋学报 2020年第11期42卷 123-130页

作者：王慧张可成王忠涛张宇王洪波大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 上海船舶运输科学研究所上海200135 华润置地大连有限公司辽宁大连116019

航船应急抛锚时锚板贯入土体可能会影响河床或海床中的结构物甚者造成破坏,因此在通航频繁的航道,结构物埋深的设计需要充分考虑应急抛锚时锚板的贯入深度。本文通过缩尺模型试验模拟了霍尔锚在中等密实度粉细砂中的抛锚贯入过程,研究... 详细信息

航船应急抛锚时锚板贯入土体可能会影响河床或海床中的结构物甚者造成破坏,因此在通航频繁的航道,结构物埋深的设计需要充分考虑应急抛锚时锚板的贯入深度。本文通过缩尺模型试验模拟了霍尔锚在中等密实度粉细砂中的抛锚贯入过程,研究了不同抛锚速度(1.15~4.4 m/s)及粉细砂相对密实度(0.45~0.65)对抛锚贯入深度的影响;基于太沙基极限承载力理论和能量守恒定律,推导出霍尔锚在粉细砂土中贯入深度的表达式,与模型试验结果对比显示理论计算结果偏于保守。基于试验结果提出修正系数,修正后的理论公式能够较好地快速预测霍尔锚在中等密实度粉细砂中的贯入深度。研究结果为粉细砂土河床或海床中的结构物埋深设计提供了一定的技术参考。

关键词：霍尔锚粉细砂土抛锚深度抛锚速度

霍尔锚与斯贝克锚在黏土中的落锚深度模型试验

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中国航海 2019年第4期42卷 65-71页

作者：伏耀华张可成王洪波王忠涛上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室上海200135 大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024

为更好地分析船舶应急抛锚贯入深度,结合实际河床的工程地质资料,开展模型试验研究。试验共进行22组,分别考虑霍尔锚、斯贝克锚在黏土中的贯入深度,并分析土体强度、抛锚速度、水平速度等影响因素。试验结果表明:锚的贯入深度随贯入速... 详细信息

为更好地分析船舶应急抛锚贯入深度,结合实际河床的工程地质资料,开展模型试验研究。试验共进行22组,分别考虑霍尔锚、斯贝克锚在黏土中的贯入深度,并分析土体强度、抛锚速度、水平速度等影响因素。试验结果表明:锚的贯入深度随贯入速度的增加而增加、随土体强度的增大而减小;在相同贯入速度和土体强度条件下,霍尔锚的贯入深度大于斯贝克锚的贯入深度;抛锚初始水平速度会使锚在水平方向上移动一定的距离,但对锚的竖直贯入深度影响较小。根据试验结果拟合了可用于本工程条件下霍尔锚和斯贝克锚贯入深度与锚的总能量间的经验公式。通过对比,计算结果与试验结果吻合度较好。

关键词：黏土霍尔锚斯贝克锚贯入深度

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霍尔锚抛锚深度模型试验研究

海洋工程 2018年第5期36卷 90-98页

作者：韩聪聪陈学俭刘君大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116023

河床或海床中会布设光缆、管线、隧洞等结构物,如果该水域上有船只抛锚,就要考虑抛锚对结构物安全的影响。通过模型试验探究了霍尔锚在黏土中的抛锚深度,研究了贯入速度、锚重以及土强度对抛锚深度的影响。在模型试验中,用MEMS加速度传... 详细信息

河床或海床中会布设光缆、管线、隧洞等结构物,如果该水域上有船只抛锚,就要考虑抛锚对结构物安全的影响。通过模型试验探究了霍尔锚在黏土中的抛锚深度,研究了贯入速度、锚重以及土强度对抛锚深度的影响。在模型试验中,用MEMS加速度传感器捕捉锚在土中运动时的加速度,并由加速度积分得到锚的下落速度及对应的下落位移。模型试验结果表明:当霍尔锚以极限速度贯入软黏土中时,17.8 t锚在强度为7.5 k Pa土中的贯入深度为4.0 m; 42 t锚在强度为8.3 k Pa的土中贯入深度为6.7 m。根据试验结果建立了霍尔锚在土中动力贯入时的运动微分方程,分析了作用在锚上的各项受力,并预测了抛锚深度。此外,根据模型试验结果,建立了抛锚深度和锚的总能量之间的经验公式。

关键词：霍尔锚抛锚深度黏土抛锚速度

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霍尔锚水阻力试验研究

中国航海 2012年第2期35卷 81-83页

作者：王伟于洋浙江海洋学院浙江舟山316000 大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为研究悬挂状态的霍尔锚在水中移动时的阻力,在船模拖曳水池中进行了模型试验。以拖车运行速度模拟锚移动速度,并采用一套简易装置测试出锚的阻力。试验结果表明,锚阻力大小与移动速度的平方成正比。通过回归分析给出了锚阻力的经验公式... 详细信息

为研究悬挂状态的霍尔锚在水中移动时的阻力,在船模拖曳水池中进行了模型试验。以拖车运行速度模拟锚移动速度,并采用一套简易装置测试出锚的阻力。试验结果表明,锚阻力大小与移动速度的平方成正比。通过回归分析给出了锚阻力的经验公式,可为相关研究提供参考。

关键词：船舶、舰船工程霍尔锚水阻力模型试验测量