[发明专利]一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法

摘要

本发明公开了一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法：确定加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值；根据加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值，计算不同工况下的沟槽形状，回归分析沟槽形状公式，确定沟槽形状公式。本发明可以实现钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析；通过管土作用下沟槽形成的数值模拟，提出一个包含具体系数建议取值的沟槽快速形成方法；提出一个基于有限元计算的沟槽形状回归公式，从而进行沟槽对立管触地区域的疲劳分析。

主权项

1.一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，确定加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值：1)用Orcaflex建立钢悬链线立管、浮体和海床系统的模型，即立管‑沟槽模型；2)采用控制变量的方式对非线性土壤参数进行研究，每一种计算工况相比基础工况只改变非线性土壤参数中的一个有效参数，通过对比计算结果确定非线性土壤参数对沟槽形状的影响；其中，非线性土壤参数包括吸力比例系数fsuc、再嵌入系数λrep、吸力衰减系数λsuc；3)在非线性土壤参数不同取值的计算工况下，分别对立管‑沟槽模型进行动力响应分析，提取沟槽嵌入深度的数值，根据嵌入深度的最大值选取非线性土壤参数的最佳值，作为加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值；步骤二，根据加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值，计算不同工况下的沟槽形状，回归分析沟槽形状公式，确定沟槽形状公式：1)假设沟槽形状公式为：其中，a₁、a₂、a₃均为λ＝L_max/L_T的多次项函数方程，L_max为沟槽开始点到最大嵌入深度点的水平距离，L_T为沟槽开始点到沟槽结束点的水平距离，d_max是沟槽的最大嵌入深度，表示描述点到沟槽开始点的水平距离，是描述点对应的嵌入深度；2)针对立管‑沟槽模型，通过改变水深Δz、立管外径D、立管壁厚wt、悬挂角θHO、抗剪强度变化梯度参数ρ、土体表层抗剪强度su0、垂荡H参数值，设定不同的工况；3)对设定的不同工况下的立管‑沟槽模型进行动力分析，提取沟槽深度嵌入的值；4)对设定的不同工况中的任一工况，进行数据处理：按照假设的沟槽形状公式绘制沟槽嵌入深度曲线(水平距离为横坐标，嵌入深度为纵坐标)，表达式为：y＝a1x3+a2x2+a3x其中，x的定义域为[0,1]，y的值域为[0,1]；对整理完毕后的沟槽形状数据进行三次方曲线拟合，拟合过程中保证常数项为0，拟合曲线公式中的x前的三个系数项对应公式中的a1、a2、a35)重复上述步骤4)对所有不同工况的数据进行处理，并记录每种工况下所对应的λ(即Lmax/LT)、a1、a2、a3值；6)将所有不同工况下的a1‑λ以散点图的形式汇总到一张图里，根据散点数据拟合a1与λ的参数方程，采取上边界数据拟合‑全部数据拟合‑下边界数据拟合的方式，得到a1的三条数据拟合曲线，来确定a1与λ间的对应关系；7)采取上述步骤6)相同的方式依次处理a2‑λ、a3‑λ数据，分别得到a2的三条数据拟合曲线和a3的三条数据拟合曲线；根据a1、a2、a3的数据拟合曲线得到未知量a1、a2、a3的值，带入上述步骤1)假设的沟槽形状公式中，即得到沟槽形状公式的完整形式。