海底管线地基土体塑性及剪切破坏分析

提出一种分析管线地基极限承载力的平面应变有限元模拟方法,采用自适应网格技术和接触对算法模拟管线嵌入土体的准静态过程,利用修正Drucker-Prager/Cap本构模型模拟土体塑性。研究不同土性和管土界面摩擦条件下,管线地基土体的塑性变形及位移场特性。利用载荷沉降曲线并结合地基塑性应变分布图和位移矢量图,可判别管线地基的剪切破坏型式、确定地基极限承载力。

水中悬浮隧道的空间曲线结构运动方程

借助参考直线坐标系,求解空间曲线结构在曲线坐标系中的几何方程.运用Hamilton原理推导空间螺旋曲线梁结构的运动方程.方程表明空间曲线结构4个自由度相互耦合,当结构退化为平面曲线结构时,两个相互垂直平面内的各自由度相互耦合.空间任意曲线梁结构的动力方程均可按照该文推导思路得出.对于水中悬浮隧道结构,可以忽略转动动能对振动的影响.

水中悬浮隧道锚索在剪切流中的涡激响应

以Iwan改进的尾流振子模型为基础，给出了剪切流中水中悬浮隧道锚索横向涡激振动的工程分析方法，分析了悬浮隧道重浮比以及剪切流特性对锚索涡激响应的影响．计算结果表明，悬浮隧道重浮比的改变，使锚索各阶模态的频锁区域分布发生变化，从而改变了结构的涡激振动响应；剪切流陡度参数的增大会使锚索涡激响应的幅值减小，若使用均匀流场代替剪切流场计算悬浮隧道锚索的涡激振动，会过高估计其响应幅值．

水中悬浮隧道研究进展

介绍了各国关于水中悬浮隧道的研究进展,主要包括：波浪和水流作用下水中悬浮隧道与流体相互作用的理论分析模型,波浪环境下水中悬浮隧道的锚固系统的涡激振动数值分析,地震激励下水中悬浮隧道的动力响应分析,水中悬浮隧道的结构问题,针对实际工程背景的波浪环境载荷下的模型试验及水流环境中水中悬浮隧道阻力系数、惯性力系数的试验研究。最后讨论了水中悬浮隧道尚需要进一步研究的问题：荷载的确定,结构分析和设计方法,针对性的模型试验,安全性研究等。

水中悬浮隧道在波浪场中非线性动力响应的研究

针对水中悬浮隧道在波浪力作用下动力响应的问题,通过柔度系数法推导得到了悬浮隧道的等效刚度系数,考虑了不同自由度运动之间的耦合作用,建立了悬浮隧道管段的动力响应模型,在时间域内采用逐步积分法迭代求解其运动控制方程.波浪力采用Airy线性波理论和Morison方程计算.计算结果表明,在波浪力作用下悬浮隧道管段产生较大的横荡位移,且随着波频或锚索中预张力的减小,响应振幅增大.在悬浮隧道的动力响应分析中,若不考虑不同自由度运动之间的耦合作用,会过低估计垂荡响应的幅值.

水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的计算模型与数值模拟

建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型。用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量,模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系,得到问题的解析解。为验证解析解,在ANSYS/LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下,冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响,将解析解与数值解进行对比,结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。

辛体系下曲线形水中悬浮隧道对波浪激励的动力响应研究

在哈密顿体系下建立曲线形水中悬浮隧道的运动方程,即哈密顿正则方程.用哈密顿混合能变分原理处理曲线形水中悬浮隧道的两端边界条件以及径向布设的张力腿弹性支承,建立满足边界条件的线性方程组,采用分离变量法和本征向量展开法求解哈密顿正则方程.为曲线形水中悬浮隧道的动力响应分析提供一类方法.最后结合案例,运用辛方法分析波浪作用下曲线形水中悬浮隧道的弯矩和扭矩,结果表明,可以忽略扭矩对弯矩的影响.

Experimental Study of Pipeline Stability on Sandy Seabed under the Influence of Ocean Currents

Ocean-current-induced pipeline stability on sandy seabed was simulated physically in a flow flume. The process of pipeline losing onbottom stability in currents was recorded and analyzed. Experimental data show that, for a pipeline directly laid on sandy seabed, there exists a linear relationship between the dimensionless submerged weight of pipeline and Froude number, in which the current-pipe-soil coupling effects are reflected. The sand-particle size effects on pipeline onbottom stability are further discussed. The new established empirical relationship may provide a guide for the engineering practice of current-induced on-bottom stability design of a submarine pipeline.