[发明专利]一种自升式平台穿刺距离计算方法

权利要求书

1.一种自升式平台穿刺距离计算方法，其特征在于，首先假定一系列穿刺距离，求得对应各穿刺距离穿刺桩靴处于静态平衡时所需提供的支持力，生成该支持力与穿刺距离的关系曲线，并定义该关系曲线为曲线A；进一步生成曲线A对应穿刺距离的积分曲线，并定义该积分曲线为曲线B；求得对应各穿刺距离的土壤插桩阻力，生成该土壤插桩阻力与穿刺距离的关系曲线，并定义该关系曲线为曲线C；进一步生成曲线C对应穿刺距离的积分曲线，并定义该积分曲线为曲线D；曲线B和曲线D的交点处的穿刺距离为桩靴最终穿刺距离；

生成曲线A的方法包括建立桩靴穿刺情况下的平台变形有限元模型；

建立桩靴穿刺情况下的平台变形有限元模型包括如下步骤：

步骤a，假设发生桩靴穿刺，分析平台在发生桩靴穿刺后的受力情况；

步骤b，根据上述的受力分析，以未穿刺桩靴中心位置为基点，建立未穿刺桩靴桩端弯矩平衡方程，如公式1所示：

M₂+R₁·L₁+G_e·L_Ge+F_e·L_Fe＝mAl+A_RI (公式1)；

以及建立穿刺桩靴支反力的平衡方程，如公式2所示：

R₁+R₂+G_e+F_e＝mA (公式2)；

假设存在这样一个穿刺桩靴处的支持力，可以使整个平台处于静态平衡状态，将其称为穿刺桩靴处于静态平衡时所需提供的支持力，用R_sta表示，此时公式1和公式2中的质心处平动加速度A，以及质心处转动加速度A_R，均为0，此时公式1和公式2的等式右边均为0，则可推导出如下公式3和公式4：

M₂+R_sta·L₁+G_e·L_Ge+F_e·L_Fe＝0 (公式3)；

R_sta+R₂+G_e+F_e＝0 (公式4)；

其中公式1至公式4中：

M₂为两个未穿刺桩靴端部所提供的弯矩，逆时针为正；

R₁为穿刺桩靴所能提供的支反力，向上为正；

R₂为两个未穿刺桩靴所能提供的支反力，向上为正；

G_e为平台的重量产生的重力，向上为正；

F_e为平台产生的浮力，向上为正；

L₁为桩腿间的跨距；

L_Ge为平台重量力臂；

L_Fe为平台上船体浮力力臂；

m为总质量；

l为质心到未穿刺桩靴中心距离；

A为质心处平动加速度，向上为正；

A_R为质心处转动加速度，逆时针为正；

I为总质量惯性矩。

2.根据权利要求1所述的自升式平台穿刺距离计算方法，其特征在于，生成曲线A的方法还包括如下步骤：

步骤一，设定平台变形误差阈值；

步骤二，按照假定的穿刺距离计算平台第一次变形量；

步骤三，计算平台第N次变形导致船体入水产生的浮力以及未穿刺桩靴转动产生的桩端弯矩，其中N≥1；

步骤四，将步骤三计算得到的数据，代入有限元模型中重新计算，得到平台第N+1次变形量；

步骤五，将平台第N次变形量和平台第N+1次变形量之间的差值与平台变形误差阈值进行比较，如差值大于平台变形误差阈值，则N值加1，返回步骤三，如差值小于等于平台变形误差阈值，则进行步骤六；

步骤六，提取穿刺桩靴处于静态平衡时所需提供的支持力；

步骤七，更换穿刺距离，重复步骤二至步骤六，绘制穿刺桩靴处于静态平衡时所需提供的支持力随穿刺距离变化的曲线。

3.根据权利要求1所述的自升式平台穿刺距离计算方法，其特征在于，利用插桩模型试验或CEL有限元计算，求得对应各穿刺距离的土壤插桩阻力，生成曲线C。