10776.吸力筒貫入有限元模擬及內(nèi)壁摩擦的理論研究

1、碩士學(xué)位論文吸力筒貫人有限元模擬及內(nèi)壁摩擦的理論研究Afiniteelementanalysisofsuctionbucketinstallationandanalyticalmodelofinternalwallfrictionduringpenetration學(xué)號：21206111完成日期：星Q!墨生互旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要吸力式筒形基礎(chǔ)在海洋工程中己獲得越

2、來越廣泛的應(yīng)用，其安裝過程的數(shù)值模擬及理論研究對指導(dǎo)工程實踐具有重要意義。在大型通用有限元軟件ABAQUS平臺上建立了二維軸對稱模型，基于任意拉格朗日一歐拉算法(ArbitraryLagrangianEulerianformulation，ALE)技術(shù)，解決了大變形網(wǎng)格畸變問題，成功模擬了黏性土中吸力簡的沉貫過程。在數(shù)值模型中通過編寫子程序VUFIELD表達土體的不排水抗剪強度和彈性模量隨土體深度變化。采用西澳大學(xué)的離心機試驗數(shù)據(jù)及理論

3、計算，對模型進行驗證。利用己驗證數(shù)值模型分析了不同吸力下沉貫阻力、土塞高度并討論了筒壁摩擦特性對吸力筒沉貫的影響。數(shù)值計算結(jié)果表明，ALE技術(shù)能有效模擬吸力筒貫入過程，很好地解決了由于土體大變形而引起的網(wǎng)格畸變問題。貫入方式對貫入阻力影響很大，吸力式貫入阻力明顯低于壓力式貫入阻力。進一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著最終吸力值的增大，沉貫阻力會顯著降低，土塞高度會顯著提高。對吸力筒內(nèi)壁摩擦特性的研究表明，內(nèi)壁摩擦阻力是導(dǎo)致沉貫阻力改變的主要因素；相比吸

4、力式貫入方式，壓力式貫入受筒壁摩擦特性的影響更為顯著。通過理論推導(dǎo)建立了吸力筒內(nèi)壁摩擦力解析模型，并對沉貫過程中滲流作用對筒內(nèi)壁摩擦阻力的影響進行了研究。從筒內(nèi)土體微元段受力平衡的角度出發(fā)，充分考慮土體受力和變形狀態(tài)以及滲流作用，推導(dǎo)了吸力筒貫入過程中土筒摩擦應(yīng)力計算的解析模型。并通過有限元程序ABAQUS建立吸力筒沉貫及土體滲流數(shù)值模型，對解析模型進行對比和驗證。針對滲流速度、土筒摩擦系數(shù)和筒體長徑比進行了討論分析。結(jié)果表明，滲流作用

5、會顯著降低土體的豎直有效應(yīng)力，從而減小筒內(nèi)壁摩擦阻力。通過對滲流速度的分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)根據(jù)滲流速度判斷滲流體系，從而合理選取不同滲流理論獲得準確的筒內(nèi)壁摩擦力結(jié)果。土筒摩擦系數(shù)增大會造成土筒法向正應(yīng)力的增大，進而使得摩擦應(yīng)力進一步增大。增大筒體長徑比會增加土筒摩擦應(yīng)力，但筒內(nèi)壁總摩擦力會隨著筒長徑比呈現(xiàn)倒拋物線的變化形式，存在最小值。由于理論推導(dǎo)是建立在筒內(nèi)土體豎直有效應(yīng)力沿徑向均勻分布的假設(shè)基礎(chǔ)上的，因而在使用該解析模型時，應(yīng)考慮筒體長徑