基于CEL的船舶抛锚入泥深度分析

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VLCC压载舱泥沙淤积成因及对策

VLCC压载舱泥沙淤积成因及对策罗勇; 丁磊【期刊名称】《《机电设备》》【年(卷),期】2019(036)006【总页数】4页(P30-32,35)【关键词】油轮; 多沙水域; 压载水舱; 泥沙淤积; 气动冲沙【作者】罗勇; 丁磊【作者单位】南京水利科学研究院江苏南京 210029【正文语种】中文【中图分类】U664.80 引言我国大部分进口原油均是由大型远洋油轮运至如宁波、舟山一带的港口，卸下油后经输油管道送至内地炼制。

对于进出沿线港口的远洋大型油轮而言，在港操作以及航行至合适海域都需要置换大量的压载舱水，以平衡船舶配重；在置换压载舱水的同时，将带入大量的泥沙并沉积于压载舱。

宁波、舟山水域地处我国东部沿海，由于受到长江口大量排泄泥沙输出外海、海潮与周边水沙环境等因素的影响，水体含沙量高，尤其在风浪天时，底层水体含沙量可达5 kg/m3以上。

油轮每航次都要沉淀几十至上百吨淤泥[1]（见图1），由此引发对船舶的伤害，也给船舶泥沙清淤带来困难。

船舶压载水舱的泥沙淤积是我国远洋油轮特有的问题。

分析研究油轮压载水舱的泥沙淤积成因，从而合理有效地清理油轮压载水舱泥沙，对延长船舶使用寿命、改善运输环境、促进能源建设均有积极意义。

1 压载舱水流运动特性舟山地区水域泥沙颗粒细，一般泥沙中值粒径为0.008 mm，底层最大0.03 mm，悬沙表层较小为0.002 2 mm。

在含盐的水流中发生絮凝，絮凝的沉降速度在现代数学模型中一般选用0.04 cm/s～0.05 cm/s，调整沉速及沉降机率可算得其与实际情况的对比结果。

图1 油轮压载水舱结构示意及泥沙淤积情形图 2为压载舱的结构，分为边压载水舱和底压载水舱。

以压载水进入边舱为例，水流可作为多汊分支水流的出流和入流流量相等，可以概化为3组2个汊道的流量进行分流计算[2]，如图3所示。

图2 压载舱结构示意（单位：mm）图3 压载舱水流运动分布2 船舱泥沙淤积成因2.1 泥沙絮凝沉降由于油轮停泊于宁波舟山水域，我国学者曾用钱塘江、长江口泥沙做了大量试验，得出该水域泥沙絮凝的临界粒径为0.032 mm的结论；若大于此粒径，不发生絮凝；若小于此粒径，则发生絮凝，并得到计算舟山水域絮凝泥沙粒径与絮凝泥沙沉速公式[3]。

基于有限元法的船舶干坞状态下注入压载水坞墩受力分析

作者简介：何光伟（９３１７一）男，工程师，从事船舶设计工作
薛林（９５１８一）男，助理工程师，从事船舶设计工怍
收稿日期：２１１— ４０卜１０
Ｄｅｇｎ＆Ｄｅｖｏｐｍｅｎｓｉｅｌｔ
２３分析结果．
Ｓｏｉｉｅｙｉｔｓｖｒｍｐｏｔｔｔｄｙｔｔｅｓｆｄｏｋｉｇｂｏｃｎｄｋａｅｌｉｇｂｌａｔｗａｅ．ｉａｒｃｒｉｓｏｒｏｓｕｈｅｓｒｓｏｃｎｌｋｓｉｏｃｆｒｆｌｎａｌｓｔｒＴｈｓｐｐｅａｒｅｕｔｔｉｍａｈｍａｉａｉｕａｉｙＦｔｅｔｌｓｍｌｔｃｏｎｂＥＡｔｄｔｅｌｅｐｅｉｅｓｒｓｎｌｉｆｔｅｄｋｎｇｂｌｋｓｍｅｈｏｏｒａｉｒｃｓｔｅｓａａｙｓｓｏｈｏｃｉｏｃ．ｚ
ＨＥＧｕａｗｅ，ＸＵＥＬｉｎｇｉｎ
（ＳｕｎｚｏｏｇｕｈｐｕｌｉｇＣ；ｔ．ａｇｈｕ５６ＣＳＣＧａｇｈｕ４２）ｄ１１
ＡｂｔａｔＧｅｅａｙｅｏｇａａｔｔｒｌｂｕｅｔＷＴＣＴｂｆｒｉｌｎｈｓｏａｊｓｓｉ’ ｓｒｃ：ｎｒｌ，ｎｕｈｂｌｓｗａｌｅｍｐｄｉｏＢ／ＯｅｏｅｓｐａｃｅｄｕｔｈｐＳｌｌｅｗｉｐｎｈｕｔｌｔｏｄｔｎＨｏｅｅ，ｒａａｏｌｓｗｔｗｉｅｎｅｅｒｅｓｉｓｏａｊｓｆａｉｏｄｔｎｆａｉｇｃｎｉｏ．ｗｖｒａｇｅｔｅｌｆａｌｔａｅｌｂｅｄｄｆｒａｇｈｐｄｕｔｏｔｇｃｎｉｏ．ｏｎｉｄｂａｒｌｏｌｔｎｌｉ

霍尔锚的强度和疲劳特性研究

霍尔锚的强度和疲劳特性研究张建;李金泰;唐文献;孙泽【摘要】霍尔锚是无杆锚的典型代表,广泛使用在中小型船舶上,其强度和疲劳特性的高低直接关系到船舶的安全.以C型60 kg霍尔锚为例,通过建立该锚的受力分配模型,结合有限元分析对其进行静力学、疲劳分析.结果表明:霍尔锚的结构强度、刚度、寿命均满足规范GB/T 548-1996中锚的拉力试验的要求.%The Hall anchor is a representative of the stockless anchor,widely used in small and medium ships,and strength and fatigue characteristics of the Hall anchor is directly related to the safety of the ship.In the study,a 60 kg C Hall anchor is taken as an example,the stress distribution model of the anchor is established,and the statics and fatigue are analyzed by the finite element analysis.The results show that Hall′s structural strength,rigidity and life meet the requirements of the tensile test of the anchor in the anchor technology condition of GB/T 548-1996.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)003【总页数】4页(P278-281)【关键词】霍尔锚;强度;疲劳【作者】张建;李金泰;唐文献;孙泽【作者单位】江苏科技大学机械工程学院, 镇江 212003;江苏科技大学机械工程学院, 镇江 212003;江苏科技大学机械工程学院, 镇江 212003;江苏扬远船舶设备铸造有限公司, 泰州 225500【正文语种】中文【中图分类】U663锚是泊船设备中重要的一环，霍尔锚由于抛起方便、收藏稳当等特点，为近代船舶广泛使用.船舶在装卸货物、避风、减刹船速等情况下都需要频繁地将霍尔锚抛入水中，可见锚可靠性的好坏，直接影响到船舶的安全性[1-2].因此，有必要对霍尔锚进行有限元分析和疲劳分析，探讨霍尔锚的强度、刚度和寿命是否满足船舶的使用要求.目前，针对锚的研究多为通过实船试验，测量锚的抓底性能，文献[3]中在砂底上对霍尔锚、AC1-14型锚和波尔锚进行了抓底模型试验研究,分析了锚的重量、几何形状对啮土深度及抓力的影响.文献[4]中分别在硬质底床和软质底床上对霍尔锚、AC-14型锚和波尔锚(N型)进行了抓底试验研究.文献[5]中对霍尔锚进行了水阻力试验研究.利用计算机软件进行仿真研究的也比较多，文献[6]中对ST OFFSHORE锚利用有限元软件进行了强度分析；文献[7]中基于虚拟样机技术，对拉锚试验进行了仿真分析.文献[8]中基于CEL方法对霍尔锚进行了拔锚计算机仿真分析.文献[9]中对船锚在软土中的运动形式进行了研究.文献[10]中基于CEL方法对船锚的入泥深度进行了研究.但是这些文献的研究对象都是锚的实船试验、拉锚试验等，而对于应用广泛的霍尔锚，目前鲜有文献探讨其强度和疲劳特性.文中首先通过PRO/E 软件建立霍尔锚的三维模型，并通过建立霍尔锚受力分配模型确定霍尔锚的外部载荷.再使用abaqus有限元分析软件对霍尔锚有限元模型进行强度分析，并将结果文件导入疲劳分析软件femfat中，对锚进行疲劳分析，探讨该锚的强度、刚度、寿命是否满足近代船舶的使用要求.1.1 霍尔锚三维模型霍尔锚整体结构比较复杂，其中一些倒角等对锚的强度影响不大，却对有限元分析产生重要影响，所以建模时不考虑这部分特征.根据国家标准GB/T 546-1997中的相关规定，采用C型60 kg霍尔锚的相关尺寸，应用PRO/E软件创建霍尔锚模型(图1).1.2 霍尔锚受力分配模型在对霍尔锚进行强度分析前，参照国家标准GB/T 548-1996《锚技术条件》中锚的拉力试验，确定霍尔锚所承受的外载荷(图2).锚在进行拉力实验时，其拉力作用点一端在锚卸扣处，另一端在距锚爪尖L/3处(L为锚爪长度).由该标准中《锚的拉力试验负荷》可知，60 kg霍尔锚的拉力试验负荷为27.1 kN.在具体分析中，霍尔锚整体坐标系以锚杆中线与小轴中轴线交点为原点，锚爪尖指向方向为z轴正方向，垂直于锚中面并指向锚杆方向为y轴正方向.在整体坐标系下，锚杆与锚爪夹角为其最大张角40°；拉力试验中的拉力与锚杆夹角为8°，将拉力分解到y、z两个方向.在此坐标系下拉力加载方向与x-y平面夹角为42°.所以分解到y、z轴的力分别为：1.3 霍尔锚非线性有限元模型在进行有限元分析时，考虑到在实际情况中，横销的作用只是限制小轴的位移，对锚的强度分析影响非常小，却会阻碍有限元计算的收敛，所以本模型不考虑横销；考虑到小轴是简单圆柱件，为降低计算量，采用MPC铰接单元替代.文中所用网格采用hypermesh进行划分(图3)，其中锚的单元类型为C3D4，单元数为487 584，节点数为104 990；锚杆单元类型为C3D4，单元数为198 686，节点数为42 662.锚和锚杆的材料均是铸钢ZG200-400，弹性模量为2.1E5 MPa，泊松比为0.3.在abaqus中进行静力学分析.其中锚与锚杆接触部位定义小滑移接触.将锚杆的两个孔上的节点分别与在其圆孔中心的参考点1、2耦合，约束锚卸扣端的参考点1的x、y、z 3个自由度；在小轴中轴线的1/4处和3/4处建立参考点3、4，将锚与小轴接触的面分别与参考点3、4绑定，并分别将参考点3、4、2通过coupling铰接在一起；将靠锚杆侧距锚爪尖L/3处的部分锚爪表面与在该部分锚爪表面对称中心的参考点5耦合，并分别在参考点5的y轴负方向施加20 139 N 的力，和z轴负方向施加18 133 N的力.整个模型只有静态加载一个分析步.1.4 霍尔锚疲劳分析模型霍尔锚作为船舶首锚，使用频率非常高，仅对霍尔锚做强度分析，难以准确判断其安全性，所以有必要对其进行疲劳分析.使用疲劳分析软件Femfat对霍尔锚进行疲劳分析.将aboqus的模型文件和应力结果文件导入Femfat软件，输入材料的强度极限430 MPa，输入屈服极限230 MPa，可得材料的S-N曲线和应力-应变曲线.由材料的S-N曲线可知，材料应力极限循环次数为2E6次，疲劳强度极限为193.5 N/mm2，曲线斜率为12.由材料的应力-应变曲线可知，材料的弹性模量为210E5 MPa，与有限元分析模型一致，材料厂的断面收缩率为22.4%.对霍尔锚施加的对称循环变应力试验载荷次数应小于材料的应力极限循环次数，取80 000次.2.1 霍尔锚受力分配分析与验证在靠锚杆侧距锚爪尖L/3处的部分锚表面耦合的参考点上的y轴负方向施加了20 139 N的力，z轴负方向施加了18 133 N的力.通过在abaqus visualization中查看结果文件测得，在锚杆靠锚卸扣处孔节点耦合的参考点上，y轴正方向的最大支反力为20 139.2 N，z轴正方向的支反力为18 133 N的力，该结果与霍尔锚受力分配模型高度一致.验证了霍尔锚受力分配模型的正确性.2.2 霍尔锚有限元计算分析霍尔锚在进行拉力试验时，其拉力作用点，一端在锚卸扣处、另一端在距锚爪尖L/3处，在拉力的作用下，锚与锚杆成一夹角，紧密贴合并相互作用，由于锚上与锚杆接触部位的倒角较小，所以此处应为锚上受相互作用力最大的地方，也是霍尔锚最危险的地方.霍尔锚的锚与锚杆所用的材料都是ZG200-400，属于铸钢类，故采用第一强度理论进行校核，即最大拉应力理论.从图4锚应力应变云图中可以看出，应力最大值出现在锚与锚杆接触部位，与实际情况相符，值为73.3 MPa，小于材料的强度极限430 MPa，此应力值小于材料的屈服极限230 MPa，所以锚的强度满足要求.在设置边界条件时，将锚杆靠近锚卸扣一端固定，在锚上施加作用力，所以理论上霍尔锚整体的最大位移应该出现在锚爪上，并向锚杆固定端一次递减.从锚的位移云图可以看出，锚最大位移出现在锚爪尖，最大位移出现在此处，最大位移为2.589 mm，此位移较小，满足刚度要求.从图5锚杆应力应变云图可以看出应力最大值出现在锚杆与锚接触部位，值为157.4 MPa，小于材料的强度极限430 MPa，此应力值小于材料的屈服极限230 MPa，所以锚的强度满足要求.从锚杆的位移云图可以看出:锚杆最大位移出现在锚杆底部，值为2.342 mm，此位移较小，满足刚度要求.2.3 霍尔锚疲劳计算分析从霍尔锚的应力云图中可以看出:锚上应力较大的部位出现在锚与锚杆接触的地方，锚杆上较大应力的部位出现在与锚贴合的面和其背面上，所以多次使用霍尔锚，会对应力较大的地方造成一些损伤.将femfat分析结果改成abaqus可查看文件，从图6霍尔锚的疲劳损伤值倒数云图可以看出：锚的疲劳损伤值倒数最小值出现在与锚杆接触部位，为42.44，因为疲劳寿命=应力循环次数/损伤值，所以锚的疲劳寿命为80 000×42.44=3 395 200次；锚杆的疲劳损伤值倒数最小值出现在与锚接触部位，为2.207，所以锚的疲劳寿命为80 000×2.207=176 560次.(1) 有限元分析结果中，参考点1上，y轴正方向的最大支反力为20 139.2 N，Z轴正方向的支反力为18 133 N的力，该结果与霍尔锚受力分配模型高度一致，并符合国家标准GB/T 548-1996《锚技术条件》和《材料和焊接规范》中锚的拉力试验的试验原理.同时该结果验证了霍尔锚受力分配模型的正确性.(2) 通过霍尔锚有限元分析，得到霍尔锚的最大应力为157.4 MPa小于材料的屈服极限230 MPa，说明霍尔锚的强度符合要求.霍尔锚最大位移出现在锚爪尖，最大位移为2.589 mm，此位移较小，说明霍尔锚的刚度符合要求.所以霍尔锚在使用过程中不易发生破坏和变形.(3) 通过霍尔锚的疲劳分析，可知锚的疲劳寿命为3 395 200次；锚杆的疲劳寿命为176 560次.在不考虑锈蚀、碰撞等情况下霍尔锚寿命长，不易发生疲劳破坏，符合近代船舶频繁使用的要求.【相关文献】[1] 夏国忠.船舶结构与设备[M].大连：大连海事大学出版社，1998:58-61.[2] 蒋治强,于洋.近代船用锚发展历史与现状[J].中国水运,2013，13(2):120-123. JIANG Zhiqiang, YU Yang. History and current situation of the development of modern ship anchor[J]. China Water Transport,2013，13(2):120-123.(in Chinese)[3] LEE J H, SEO B C, SHIN H K. Experimental study of embedding motion and holding power of drag embedment type anchor (DEA) on sang seafloor[J]. Journal of the Societyof Naval Architects of Korea,2011,48(2):183-187.[4] SHIN H K, SEO B C, LEE J H. Experimental study of embedding motion and holding power of drag embedment type anchor on hard and soft seafloor[J]. International Journal of Naval Architect and Ocean Engineering, 2011(3):193-200.[5] 王伟，于洋.霍尔锚水阻力试验研究[J] .中国航海,2012，35(2)：81-83. WANG Wei, YU Yang. An experimental study of water resistance on Hall’s anchor[J]. Navigation of China, 2012，35(2)：81-83.(in Chinese)[6] 雷林，王智祥，张敏，等.ST offshore锚三维建模及有限元分析[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2014，29(2)：303-306. LEI Lin,WANG Zhixiang, ZHANG Min,et al. Analysis on ST offshore anchor 3D modeling & fea[J].Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science),2014，29(2)：303-306.(in Chinses)[7] 李纯金，刘志强，王明强，等.基于虚拟样机技术的VLCC锚系运动仿真研究[J].船舶工程,2008，30(6)：35-38. LI Chunjin, LIU Zhiqiang, WANG Mingqiang, et al. Study on the anchor motion simulation of VLCC based on virtual prototype[J].Ship Engineering,2008，30(6)：35-38.(in Chinese)[8] 唐文献，吴文乐，张建，等. 锚泊系统起锚破土阻力分析[J].船海工程,2015,44(6)：31-34. TANG Wenxian，WU Wenle，ZHANG Jian，et al. Resistance analysis of lifting anchor ground-breaking process for mooring system[J]. Ship & Ocean Engineering，2015,44(6)：31-34.(in Chinese)[9] 易路. 船锚在软土中的运动形式研究[J]. 水利水电快报，2008,28(8)：39-42. YI Lu. Study on behavior of drag anchor in soft soils[J]. Express Water Resources & Hydropower Information,2008,28(8)：39-42.[10] 王懿，贾旭，黄俊，等. 基于CEL的船舶抛锚入泥深度分析[J].石油机械,2014,42(12)：44-47. WANG Yi，JIA Xu，HUANG Jun，et al. Analysis of penetration depth of dropped anchor based on CEL[J]. China Petroleum Machinery,2014,42(12)：44-47.(in Chinese)。

船舶深水抛锚方法分析

船舶深水抛锚方法分析2009年9月14日摘要：由于抛锚方案选择不当、抛锚方法应用不当等原因，极易出现抛锚安全问题，深水抛锚时容易出现出链速度太快刹不住而丢失锚链，深水起锚时由于出链太长容易出现锚机力量不够绞不起锚链而丢失锚链等事故。

本文针对一起具体的深水抛锚丢锚事故，运用数理分析方法对船舶深水抛锚的动力学原理进行了分析，给出了2个极限水深的计算公式，对船舶深水安全抛锚提供了数理支持。

关键词：水路运输；深水抛锚；船舶；安全；锚链抛锚作业是船舶最常见的作业之一，船舶在抛锚作业过程中，经常由于船长和(或)驾驶员对锚地风、流的变化估计不足，对出链长度把握不准、抛锚方法使用不当，致使抛锚时发生安全故事。

如丢锚、断链等等。

因此在深水区安全抛锚是航海界不断探索的课题。

由于水深、底质等原因，如果用一般的抛锚方法，则由于出链过长，链速过快，锚机刹车往往刹不住，很容易造成丢锚事故；抛深水锚时方法不当也容易出现抓底困难而造成抛锚失败；深水抛锚如果出链太长，则有可能超过锚机负荷而收不回锚链等等。

本文从一起丢锚事故来分析深水抛锚的动力学原理。

1事故经过EVERGL0RY轮从越南CAMPHA港装运17000t散煤到菲律宾南部的VILLANUEV A港。

该港位于菲律宾南部Macajarlar海湾，该海湾水深变化剧烈，在很短的距离里内从200m急剧地变化到50m水深，是典型的斜坡形海底，当回声测深仪显示水深为70m时，船长命令大副抛左锚。

在抛锚过程中，船长采用了一般浅水锚地的抛锚方法，没有先用锚机把锚链送到海底附近，而是直接用离合器将锚机脱开，凭借锚和锚链的重力作自由落体运动抛下，随着锚链入水长度的增加，抛出部分的锚和锚链的重量越来越大，下落速度越来越快，导致锚机刹不住，锚链风驰电掣般往下落，最后锚链弃船而去，造成该轮左舷锚链连同左锚一并丢失，后来不得不联系该港引水站，请引水员来帮助抛下右锚。

2重力方式抛锚极限水深的求取深水抛锚，具体多大水深才是“深水”，在现阶段的各种航海资料中没有严格的定义，对于不同的船舶是有区别的，一般来说，按照《船舶操纵与避碰(上册)》所述，水深大于25m，就认为是“深水”，很明显，水深25m对超大型船舶而言，就算不上“深水”了。

霍尔锚在粉细砂中抛锚深度模型试验

第42卷第11期2020年11月Vol.42No.11海洋学报Haiyang Xuebao November2020王慧，张可成，王忠涛，等.霍尔锚在粉细砂中抛锚深度模型试验卩].海洋学报，2020,42(11)：123-130,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2020.11.012Wang Hui,Zhang Kecheng,Wang Zhongtao,et al.Model tests on penetration depth of hall anchor in silty sand[J].Haiyang Xuebao,2020, 42(11)：123-130,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2020.11.012霍尔锚在粉细砂中抛锚深度模型试验王慧1,张可成”，王忠涛1,张宇1,王洪波3(1.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;2.上海船舶运输科学研究所，上海200135;3.华润置地大连有限公司，辽宁大连116019)摘要：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(1.15〜4.4m/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;抛锚速度中图分类号：P751文献标志码：A文章编号：0253-4193(2020)11-0123-081引言随着长距离油气资源运输、远程通信、跨域交通等需求的日益增长，油气管道、通信光纤、跨海隧道等结构物得到了广泛应用，其主体部分通常埋置于海床或河床中叫近几年油气管道和通信光缆受损事故分析表明，大部分事故是船舶应急抛锚作业造成的叫因此，快速且准确地预测船舶应急抛锚时锚板的贯入深度，是设计海床或河床中结构物埋置深度的重要参考依据之一。

基于SILAS系统的湛江港宝满港区浚前淤泥测量技术_2010年中国航海学会测绘学组学术研讨会学术交流论文

1. 引言根据《淤泥质海港适航水深应用技术规范》(JTJ/T325-2006)的表述，床面泥沙颗粒中值粒径＜0.03mm，淤泥颗粒之间有粘结力并在海水中呈絮凝状态的海岸港和河口港为淤泥质海港。因为淤泥质海港岸滩物质组成较细，絮凝状的泥沙颗粒在潮、浪作用下，主要呈悬沙输移，沉落到水底后，在尚未密实前的一段时间内具有很强的流动性，易发生浮泥现象，浮泥性质与水相似，几乎不存在抗剪切力，可供航行，浮泥密度的上限一般认定为 1200-1250 ㎏ [1] /m³，下限为 1030-1080 ㎏/m³ 。随着水体中悬移的泥沙沉落增多，浮泥进一步密实，逐渐形成流泥，密度范围一般为 1250-1550 ㎏/m³。当孔隙水被排走，密度增加到 1550-1700 ㎏/m ³时，在水流作用下不会再直接悬扬，属于流塑淤泥的范畴。现今，随着各深水港池航道挖槽水深越来越大，回淤加剧，疏浚的泥沙抛沉于航道两侧时，床面的泥沙容重小，更易起动，在遇到合适的动力条件，则集中于航槽，浮泥回淤问题可能更加突出。按密度划分淤泥，可以细化浮泥的密度分层，有助于分析特定目标层的流变特性，从而减少疏浚量，节约资金。由于密度分层不易界定，淤泥测量至今仍然是个较为复杂的问题。国内过去一般使用γ 射线密度计和三爪砣法测定淤泥密度。然而，操作放射性设备需要严格的技能培训和特殊的施工许可，且工作效率低，对人员和被测区域环境有潜在的放射性危害，安全性不易控制。 [2] 三爪砣测量，简单灵活、价格低廉、操作安全简便，但其对测量环境要求较高，依赖于制造、测量环境、测量员的感知和熟练程度，精度较低。由于是纯粹的人工作业，其效率也低下。近年来，海测大队引进荷兰 SILAS 走航式适航水深测量系统进行淤泥层厚度的测定，取得了较好的效果。 2. SILAS 系统原理 SILAS系统利用双频测深仪发射低频声波信号，声波在通过的声阻抗不同的两种介质时，在媒界面上将产生反射，密度差别越大，则声阻抗差别越大，反射的声强度也就越大，这种密度上的差别被定义为“密度梯度”。由于声波的反射和密度梯度之间的关系是已知的，即每一次反射都是因为密度的梯度变化引起的，因而可以对密度梯度进行量化处理。利用标定过的声源信号来记录反射信号的强度，以及根据声源信号的增益(放大倍数)及时变增益(TVG) 等参数就可以高精度地测定密度的梯度值，再根据密度梯度的变化，求取每个特定深度上的 [3] 相对密度值。再通过使用密度计进行单点密度测量(图一)，建立起反射强度和绝对密度之间的对应关系，从而确定整条断面不同深度上的密度值。藉此推算出泥质属性相同的测线和每个给定密度值所对应的水深值，同时提取各点的定位值，则相应密度层水深值减去高频水深值即为该密度层厚度，如图二所示。

基于CEL法的海洋土体中桩基自沉及稳定性分析

69 /的影响；霍知亮等采用CEL法对黏土中的海底管线与土体之间的大变形问題进行了模拟研究等。

可见，CEL 法在模拟桩基下沉贯入分析时计算结果的准确性具有一定的优势。

2. 数值分析模型2.1 模型建立本文所建立的有限元模型主要包括：桩体和土体两部分。

建立土体模型时，考虑到土体的边界效应，同时参考相关已有文献，土体的直径取桩径的10倍尺寸即：4.5m，土体深度方向尺寸取：45.8m，土体的材料模型选用：摩尔库伦本构模型。

单元划分时，对本文所建立的有限元模型：桩体和土体两部分，进行独立划分，桩体采用C3D8r单元来模拟，土体采用欧拉单元EC3D8r来模拟。

不同组件的单元划分情况如表3所示，桩体单元和土体单元如图1所示。

设置分析载荷步时，选用显示动力分析载荷步，桩体与土体之间采用“面面接触”来实现它们之间的相互作用。

2.2 桩基自沉深度计算在进行桩基自沉深度计算时，土体的边界条件为：约束土体侧面的经向自由度，约束土体底面的所有自由度，加载条件为：对桩体施加自重荷载。

经计算，桩体在自重荷载作用下，在土体中发生下沉：下沉速度随时间的增加逐渐增大，当t=8s时，桩体下沉速度达最大，最大速度v=1m/s，由于桩体受到土体的摩阻力作用，当t=8s之后，桩体下沉速度随时间的增加而逐渐减小，当t=16s时，桩体下沉速度达v=0.01m/s，当t=20s时，桩体下沉速度几乎为零；桩体的竖向位移随时间的增加逐渐增大，t=0~8s 之间时，位移增加的幅度随时间的增加逐渐增大，t=8~16s之间时，位移增加的幅度随时间的增加而逐渐减小，t=16~20s之间时，桩体的竖向位移几乎达到一恒定值保持不变，可见，此时桩体已下沉稳定。

由图2可知，桩体在自重载荷下，最终沉降量为：10.67m。

2.3桩体在锤重和水流荷载作用下的稳定性计算在桩体自沉稳定计算的基础之上，进行桩体在锤重和水流荷载作用下的稳定性计算，土体的边界条件为：约束土体侧面的经向自由度，约束土体底面的所有自由度，加载条件为：对桩体施加自重荷载，在桩顶施加60T重的锤重荷载和水流荷载。

船舶应急抛锚贯入深度计算方法研究

船舶应急抛锚贯入深度计算方法研究
黄勇
【期刊名称】《航海》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】本文应用常规公式和有限元CEL大变形分析法,研究了3.5万吨级船舶7.09 t船锚、20万吨级船舶13.35 t船锚、40万吨级船舶18.8 t船锚在长江电力隧道工程锚地、航道等区域的应急抛锚贯入深度情况。

常规公式法计算的最大应急抛锚贯入深度为4.37 m,CEL大变形分析法计算的最大应急抛锚贯入深度为5.33 m,常规公式无法考虑贯入过程中土壤的竖向和横向推力的变化,计算结果相对偏小,CEL大变形法则能考虑多层土壤刚度以及土壤刚度随土层变形增加后的折减,计算精度相对较高。

针对地层组成多变的复杂情况,建议采用计算过程客观、精度高的有限元CEL方法。

【总页数】5页(P37-41)
【作者】黄勇
【作者单位】中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U66
【相关文献】
1.船舶应急抛锚贯入深度研究
2.船舶应急抛锚贯入深度分析
3.船舶抛锚过程中落锚贯入深度研究
4.抛锚贯入深度计算方法比较研究
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泥浆侵入研究现状分析_刘尊年

地球物理学进展
ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ
ｏ．６Ｖｏｌ．２７，Ｎ，Ｄｅｃ．２０１２
ห้องสมุดไป่ตู้
：，：／刘尊年，孙建孟，迟秀荣，等．泥浆侵入研究现状分析．地球物理学进展，２０１２，２７（６）２５９４２６０１ｄｏｉ１０．６０３８．ｉｓｓｎ．１００４－－ｊ２９０３．２０１２．０６．０３７．，，，ｒｅｓｅｎｔＬＩＵＺｕｎｎｉａｎＳＵＮＪｉａｎｅｎＣＨＩＸｉｕｒｏｎｅｔａｌ．Ａｎａｌｓｉｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｍｕｄｉｎｖａｓｉｏｎ．Ｐｒｏｒｅｓｓｉｎ－－ｍ－ｐｇｇｙｇ），（）：，：／ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ２０１２，２７６２５９４２６０１ｄｏｉ１０．６０３８．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１２．０６．０３７．Ｇｅｏｈｓ．（－－ｊｐｙ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏＧｅｏｓｅｉｅｎｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｄａｏ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ；ｆｙｆｇ２．ＳｃｈｏｏｌｏＳｃｉｅｎｃｅ，ＱｉｎｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔＱｉｎｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ；ｆｇｇｙ，ｇ，３．ＬｏｉｎＢｒａｎｃｈｏＣＮＰＣＢｏｈａｉＤｒｉｌｌｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣＯ．ＬＴＤ．Ｔａｎｉｎ３００２８０，Ｃｈｉｎａ；ｇｇｇｆｇｇｇｊ４．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＥｘｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔ，ＤａａｎＯｉｌｉｅｌｄＣｏｍａｎＴｉａｎｉｎ３００２８０，Ｃｈｉｎａ）ｆｐｐｇｇｆｐｙ，ｊ

“南海Ⅰ号”沉船底部海泥的科技分析

第 29 卷第 2 期2023 年 5 月Vol. 29 No.2May 2023“南海I 号”沉船底部海泥的科技分析*黄琦钧1，董录明1，韩向娜1，王昊2（1.北京科技大学科技史与文化遗产研究院，北京 100083；2.国家文物局考古研究中心，北京 100013）摘要：“南海I 号”是一艘南宋时期的木质商船，沉没于中国广东省阳江海域，于2007年被整体打捞出水，是迄今中国境内发现的年代最早、船体最大、保存最完整的沉船，出土文物18万余件。

文章通过X 射线衍射分析、热分析、显微分析、红外光谱分析、拉曼光谱以及扫描电子显微镜能谱等方法检测海泥的矿物成分、有机质和可溶盐等，结果发现“南海I 号”底部海泥的主要成分是石英和粘土矿物，有机质含量为6.62%，可溶盐含量为0.6%，成分主要是NaCl 、CaSO 4，还有少量的MgSO 4和KCl 。

海泥pH 值为7.74。

“南海I 号”的埋藏环境关系到木质船体、陶瓷器等大宗船载货物的劣化机理研究，对沉船考古发掘和文物保护具有重要意义。

研究可为“南海I 号”沉船出水文物保护提供一定的科学支撑。

关键词：南海I 号；海泥；矿物组分；可溶盐中图分类号： K878.8 文献标识码： A 文章编号： 1673-8462（2023）02-0059-060　引言“南海I 号”是一艘南宋时期的木质远洋贸易船，满载船货，于1987年在广东阳江海域被意外发现，经过20年的考古调查，2007年使用沉箱打捞法成功将其整体打捞出水，安置于广东海上丝绸之路博物馆，即“水晶宫”。

［1］2013年，“南海I 号”全面考古发掘和文物保护工作正式启动，至2019年，船货的考古清理取得阶段性成果，共出土文物18万余件，以瓷器为主，还有部分金饰、漆器及铁制品等。

“南海I 号”可以称得上是中国迄今发现的年代最早、船体最大、保存最完整、船载货物最多的一艘沉船。

［2］“南海I 号”的打捞和发掘是我国水下考古发展的重要里程碑，对其进行研究和保护意义重大。

深水中悬链线锚泊系统设计研究进展

文章编号:1001-4500(2004)03-0024-06深水中悬链线锚泊系统设计研究进展余　龙,谭家华(上海交通大学,上海200030) 摘　要:系统地整理了深水中悬链线锚泊线材料、展开操作等工程设计技术进展,总结了锚泊线的静动力分析、锚泊系统与系泊浮体之间的动力响应等理论问题的最新研究成果。

提出需要进一步研究的问题。

关键词:悬链线系统;深水定位;进展中图分类号:P 75 文献标识码:A1　引言悬链线锚泊系统,即传统展开式锚泊系统,具有悠久的使用历史,能适应较恶劣的海洋环境,在当前的深水海洋油气浮式生产结构定位技术中仍然占有重要的地位。

2002年超过约1067m 水深的89座半潜和浮式钻井平台中,采用链索结合的悬链线锚泊的有36座。

2003年超过同样水深的80座半潜和浮式钻井平台中,悬链线锚泊定位的有31座[1]。

图1　1200米水深的悬链线锚泊示意图[3]悬链线锚泊系统是在环境外力作用下提供水平回复力以保持系泊浮体定位的锚泊方式(图1)。

系泊浮体由于外力作用离开原来位置的运动会导致锚泊线张力增大,提供更高的回复力。

但是锚泊系统的展开回收需要专门的作业船,锚泊系统的重量占据了部分系泊浮体甲板可变载荷能力。

上世纪70年代以来,锚泊系统的研究可分为:1)工程设计方面—锚泊系统的展开回收、锚泊线的组成材料、锚泊系统的布置、锚的发展。

锚的发展内容独立,在本文中不具体叙述;2)理论研究方面—环境载荷、锚泊线的静动力分析、锚泊系统与系泊浮体之间的动力响应。

其核心便是锚泊系统设计中存在锚泊线伸长的非线性、锚泊线几何非线性、流体载荷非线性、与海底接触非线性四大非线性问题[2]的研究。

本文根据这两大方面,整理和总结近期主要的科研成果和研究热点。

2　悬链线锚泊系统设计研究2.1　锚泊系统的展开回收深水锚泊展开回收操作要考虑锚泊系统的重量、展开时工作船及系泊浮体的载荷以及锚泊系统的整体性。

研究的关键是保证安装安全,提高收放效率,减少不必要的资源消耗。

基于工程实例的船舶抛锚贯入深度的探讨分析

1.相关研究结论
我国学者对船舶抛锚贯入深度进行了大量分析研究，庄元、宋少桥尝试利用简单的物理模型分析锚整个下落过程的运动状态，计算出锚的海底贯穿量〔2〕；张鹏杨等提出利用ABAQUS软件建立抛锚贯入深度数值分析仿真模型来分析锚自身尺寸与质量、落锚速度及海底土壤不排水抗剪强度对船锚贯入深度的影响〔3〕；刘欢、王懿采用不同方法分析了船舶抛锚撞击对海底管道的影响〔4〕〔5〕；王宏明运用能量分析法，就船舶抛锚对渤海湾海底管道的撞击损伤进行分析，分别对不同埋层厚度、不同混凝土厚度下的海底管道抛锚撞击及产生的凹陷深度等损伤程度进行研究，提出渤海湾海底管道埋设深度的安全域〔6〕。结合以上分析研究，本文通过对海底土体的受力分析，得出船舶抛锚贯入深度的计算公式并在具体工程中进行验证。
2.船舶抛锚贯入深度计算
船舶抛锚至海底泥面时，对土体产生了一竖向荷载，在此荷载作用下土体会产生变形，而后船锚会在荷载作用下插入海底土体中，抛锚引起的土体下沉值与锚进入土体深度相加即为抛锚贯
入深度。船锚的种类有很多，主要包括有杆锚、无杆锚和大抓力锚。
目前货船上主要应用的是无杆锚，这里选取霍尔锚进行分析。 2.1 锚链拉力与锚重的计算根据《斜坡码头及浮码头设计与施工规范》(JTJ 294—98)中
然而，随着海上运输作业的日益频繁，海底管道的安全运营问题也日益突出，纵观国内外近几年发生的多起海管、海缆受损事故，其中绝大部分是由于船舶应急抛锚造成的。应急抛锚作业可能会对海底管道造成一定的破坏，导致海底管道发生泄漏。因此，对船舶抛锚贯入深度的分析可为管线的铺设、船舶作业提供决策依据，对提高海底管道的综合经济效益具有现实意义。
图1 锚链计算简图
根据《海港设计手册》，锚系的动力计算公式是根据试验得出的经验公式，根据试验船型尺寸，得出的该船型尺寸的受力锚链最大拉力如下计算：

海洋辅助钻井船锚泊系统计算分析

海洋辅助钻井船锚泊系统计算分析作者：林益明陈超核来源：《广东造船》2015年第03期摘要：本文对某海洋工程辅助钻井船锚泊系统进行了研究。

基于三维势流理论，用水动力软件AQWA，考虑风载荷、流载荷、波浪载荷等的作用，对海洋辅助钻井船和锚泊系统进行了耦合分析，在10年回复周期的环境条件下，对锚泊系统进行了锚泊力计算及规范校核，并给出了锚泊系统的在特定环境条件下的最大工作水深。

关键词：锚泊系统；三维势流理论；系缆张力；水动力中图分类号：U674.38+2 文文献标识码：AAbstract： Based on three dimensional potential flow theory， this paper analyzes the mooring system of tender assist drilling vessel （TADV） under the action of wind， current and wave force with the hydrodynamic software AQWA. According to the analysis， this paper concludes the appropriate working conditions for TADV which is satisfied with relevant technical standard.Keywords： Mooring system； Potential flow theory；Cable tension； Hydrodynamic1 引言海洋石油钻井平台、海洋工程辅助钻井船等大型浮体在海洋环境（风、浪、流）作用下的锚泊定位问题一直是工程和理论界研究和需要解决的热点问题。

针对锚泊系统的分析，刘应中等[1]基于准静态时域方法，提出了一种在风、浪、流联合作用下计算油船运动和系泊缆索动力响应的方法；罗晓健[2]采用准静力法求解船舶在几种工况下的最大锚泊力；盛庆武[3]基于软件Ariane7提出了一种准动力方法用于计算锚泊张力；Kim， M H[4]等分别采用准静态、半耦合和全耦合分析方法计算分析了作业水深为3 000 ft的TLP平台，结果表明全耦和分析得到的运动幅值要小于准静态或半耦合分析计算结果；Chen X H[5]等研究了浮体与立管/系泊系统的动态耦合相互作用的重要性，分别采用耦合分析方法和准静态分析方法对一个mini-TLP进行了数值计算，并与实验结果进行了对比。

6.1锚泊作业解析

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2018年10月14日星期日
武汉理工大学航运学院
6.1.3防止走锚的措施

6.1.3.1判断走锚的的方法一、走锚的原因

1、洪水猛涨，流速激增； 2、出链长不够； 3、底质不良； 4、不正常水流； 5、他船靠泊本船等。 6、单锚泊的船偏荡运动，受周期性的风力、水动力、锚链张力；（分析、总结）
武汉理工大学航运学院
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抛八字锚操纵方法

ห้องสมุดไป่ตู้

使船迎风流缓进至位①，在图有退速时，抛上风舷锚；倒车后退松链约2节，退至位②， ① 进车，向未抛锚舷操舵，控制已抛锚链长为预定长度的0.5～1倍，至位③；至位③后抛另一锚，随风流作用下船体后退，继续松链至预定长度，使两链受力均衡。在位④停妥。保持有一舷的连接卸扣留在甲板上。横风条件下，进抛法应先抛上风舷锚，退抛法应先抛下风舷锚。
6.1 锚泊作业
航运学院陈厚忠
2018年10月14日星期日
武汉理工大学航运学院
1
6.1.1锚泊作业的方式、种类

6.1.1.1单锚泊作业的方式

定义：抛一只锚进行锚泊称为单锚泊（riding at single anchor）。（1）单锚泊作业特点

应用最普遍的锚泊方式。优点：作业容易，抛起锚方便，适用水域广。缺点：偏荡严重，锚泊力较弱。

（8）锚地选择

2018年10月14日星期日
武汉理工大学航运学院
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6.1.1.2双锚泊的作业方式

1.一字锚：

在狭窄水域，沿水域纵长方向/流向先后抛出两锚，双链交角保持180°，称为一字锚泊（flying moor; ordnary moor）。多用于有潮汐影响的、回旋余地较窄的狭水道、内陆江河或港内锚地较小时。力锚(riding anchor)、力链（4节）；惰锚(lee anchor)、惰链（3节）。

锚泊系统起锚破土阻力分析_唐文献_吴文乐_张建_王筱蓉_孙泽_李金泰

第44卷第6期2015年12月船海工程SHIP ＆OCEAN ENGINEEＲING Vol．44No．6Dec．2015DOI ：10．3963/j．issn．1671-7953．2015．06．008锚泊系统起锚破土阻力分析唐文献1，吴文乐1，张建1，王筱蓉1，孙泽2，李金泰1（1．江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212003；2．江苏扬远船舶设备铸造有限公司，江苏泰州225500）摘要：为提高船舶在起锚过程中的效率与安全性，在经典理论公式基础上，通过ABAQUS 软件模拟锚泊系统起锚破土过程，建立阻力数值分析方法，得出数值分析结果与土体流动机制。

将阻力数值解与理论解进行对比分析。

结果表明，数值分析方法比理论公式的结果更加符合预期效果，并且能够模拟土壤流动情况。

关键词：锚泊系统；起锚；ABAQUS ；数值分析中图分类号：U664．4文献标志码：A文章编号：1671-7953（2015）06-0031-05收稿日期：2015－09－30修回日期：2015－10－10基金项目：江苏省自然科学基金项目（BK20150469）第一作者简介：唐文献（1962－），男，博士，教授研究方向：海洋工程装备设计与制造技术E-mail ：tangwenxian@163．com锚泊系统是水上漂浮结构物必不可少的部分，能够在恶劣水域下抵御狂风、巨浪、暴潮，降低危险事故发生的概率。

正常起锚分5个阶段：①回收余链阶段；②收紧锚链阶段；③锚破土阶段；④收起悬锚阶段；⑤锚链入孔阶段。

船锚破土是指将部分或全部侵入海床的锚取出的过程，而锚破土过程中的安全性对整个过程具有重要意义。

在实际海上作业中，将锚从底质中拔出来的力越小越好，有利于减少船体和锚链的载荷，降低船只作业风险。

若锚不能及时拔出，将会造成电机堵转，电流陡增，损坏电机。

2014年7月，中国船级社CCS 发布了《钢质海船入级规范修改通报》，对锚操作进行了补充规定，要求提高锚操作时的稳定性［1］。

基于LCA的船舶能效模型构建及基线拟合

基于LCA的船舶能效模型构建及基线拟合蔡薇; 万淑乔; 梅梦磊; 姜春光【期刊名称】《《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》》【年(卷),期】2019(043)005【总页数】6页(P805-810)【关键词】生命周期分析; 能效模型; 船舶排放; 基线拟合【作者】蔡薇; 万淑乔; 梅梦磊; 姜春光【作者单位】武汉理工大学交通学院武汉 430063; 高性能舰船教育部国防实验室武汉 430063; 天津新港船舶重工有限责任公司天津 300000【正文语种】中文【中图分类】U662.10 引言LCA在船舶行业的应用相对较晚，但船舶全生命周期研究一直在不断开展.挪威船级社和奥散德大学采用简化LCA方法对客滚船生命周期进行研究，旨在验证将LCA方法应用于船舶生命周期环境影响评估中的可行性[1]；欧盟支持的“The Energy Efficient Ship”项目将LCA方法应用于船舶设计过程，帮助设计者识别船舶生命周期内主要排放问题[2]；蔡薇[3]提出了船舶绿色度的概念，建立了船舶绿色度评价指标体系，采用简化生命周期的价值分析方法计算船舶绿色度；日本海事研究所对船舶建造及其营运阶段进行了详细的清单调查，开发了针对性的清单分析软件[4]；周春峰等[5]基于ISO14040标准提出了船舶LCA技术框架，这是国内首次将LCA方法应用于船舶；Bengtsson等[6]参照ISO14040和ISO14044标准完成了船舶生命周期评价模型的构建，对比了船舶使用不同燃料对环境的影响；方蕾[7]借助LCA方法建立了船舶生命周期碳足迹时空模型.近年来，国内外LCA研究和应用进入快速发展阶段，但在船舶行业的应用仍存在很多的空白，当前正是开展深入研究的良机.目前船舶行业的常用能效指数EEDI，EEOI等，对CO2的排放量的考虑主要是船舶能源使用及燃料消耗这一最直接形式，且仅考虑CO2排放，而未考虑燃料整个生命周期中产生的排放，因而引入LCA思想与方法旨在更全面准确的计算与评测船舶能效.随着IMO将排放控制区纳入MARPOL公约附则VI及欧盟MRV机制的实施，当前国际上对航运业大气排放物的控制已经不再局限于CO2，会有越来越多的排放物限制，尝试将LCA-CO2，LCA-GWP作为当前能效测评工具的一种扩充.1 当前IMO船舶能效评测体系的对比与分析为了减少温室气体的排放，IMO也做了相应努力，实施技术和营运措施旨在推动航运企业的能效管理和温室气体减排.主要包括以下三个：能效设计指数(the energy efficiency design index,EEDI)、能效营运指数(the energy efficiency operational indicator,EEOI)及船舶能效管理计划(the ship energy efficiency management plan,SEEMP).1.1 当前的几种能效评估方法1.1.1 船舶能效设计指数EEDIEEDI是由船舶温室气体排放工作组第一次会议上提出的船舶CO2设计指数演变而来的.IMO在MEPC62届会议上正式将其加入MARPOL公约附则VI中，对新造船的能效作了规定[8].EEDI是衡量船舶能效水平的重要指标，对于新建船舶，在设计初期和试航阶段都需要对该指标进行验证.若验证满足要求，可以投入运营，反之则淘汰.公式基本构架为(1)(2)式中:分子部分为营运过程中CO2的排放量，包括设计航速满载营运时主、副机的CO2排放量，以及能效创新技术对主、副机CO2排放量的修正；分母部分为设计航速下的总运输量[9].EEDI数值的大小与船舶能效成反比.影响EEDI数值的主要因素是航速及其载重量，且采用节能技术也能减小EEDI数值，达到提高船舶能效的目的.1.1.2 船舶能效营运指数EEOIEEOI为船舶在实际航行中所产生的CO2和所运输货物的总量之间的比值.船舶能效营运指数公式为(3)式中：j为船用燃料的种类；∑FCj为船舶航行中燃油的实际消耗量；CFj为燃烧1 t燃料j的CO2排放因子；mcargo为货物运输量；D为货物的运输距离.由于运输货物的量及距离不可控，因此,EEOI与燃油消耗量及不同燃料的CO2排放因子有关.EEOI的值与船舶能效成反比.降低船舶航行速度、优化航行路线及减少船舶空载情况等措施可以提高船舶能效.1.1.3 船舶能效管理计划SEEMPSEEMP是基于著名统计学家戴明博士的PDCA循环概念，它是管理学中常见的一个模型.PDCA循环就是按照计划、执行、监测和改进的工作程序进行项目管理，P,D,C,A分别为Plan,Do,Check和Action四个英文单词的大写首字母[10].IMO 海上环境保护委员会(MEPC)通过了MARPOL公约附则Ⅵ修正案，将SEEMP纳入了规范.SEEMP可分为策划、实施、监测、评估改进四个执行步骤.1.2 能效评测指数的对比分析由于SEEMP对能效的测评不仅仅局限于船舶内部管理，还需要外部环境的配合，无法用量化方法衡准.主要针对EEDI，EEOI进行对比分析.两者的相同影响因子集中在以下三个方面：1) 船舶载重不考虑满载或空载情况，标定载重吨对EEDI影响较大；EEOI则与船舶载航比密切相关，载航里程越长，其值越小.2) 航速航速大小直接影响EEDI公式值；对于EEOI，相同航程时，航速大即所用时间短，CO2消耗量少，使EEOI值减小.3) 主、副机主、副机功率越大，相应EEDI值越大；EEOI主、副机及锅炉的耗油量直接影响EEOI值大小.EEDI，EEOI都针对船舶运行过程中使用燃料造成温室气体排放的情况，且将CO2排放量作为唯一衡量标准，对比见表1.由于建造等阶段也会造成CO2排放，并且单一CO2气体的排放并不足以代表整个温室气体排放情况，所以这两个能效评测指数存在进一步的补充及改进空间.表1 EEDI与EEOI对比项目EEDIEEOI衡量目标营运阶段的设计能效营运阶段的实际能效针对气体CO2CO2实施对象新造船营运船舶航线影响无航线固定船舶优于航线混乱船舶相同影响因子航速,载货量,船舶主机2 基于LCA的船舶能效模型构建目前，IMO给出了船舶常用燃料的CO2排放系数，如果从生命周期的角度考虑的话，燃料生产过程中也会产生排放，而且产生这些排放的行为也是为船舶营运服务的，所以评估船舶能效时应把燃料生产过程考虑在内.大家都知道特斯拉一直以环保而著称，但近几年关于其争议也越来越多，新加坡特斯拉Model S车主因排放过多CO2被罚款.而且国外研究LCA的学者从生命周期的角度对特斯拉的CO2排放进行了评估，结果表明：一辆特斯拉Model S在其15万km的寿命中将以发电形式排放13 t CO2, 电池生产阶段会产生14 t CO2，生产和拆解过程会产生7 t CO2，生命周期内共计产生37 t CO2，而与性能相近的柴油版奥迪A7 Sportback生命周期内排放的CO2约35 t，少于特斯拉电动汽车,因此，文中初步尝试从生命周期角度出发，更全面准确的评估船舶能效.2.1 LCA-CO2及LCA-GWP公式的构建将LCA方法引入到能效模型的构建中，构建LCA船舶能效模型，在研究伊始适当简化模型，将研究系统边界限制在营运阶段.此时，LCA能效模型与EEDI/EEOI指数的区别一方面在于LCA模型从燃料生命周期的角度出发额外考虑了燃料生产过程中的排放；另一方面，EEDI/EEOI仅考虑了CO2气体的排放，而LCA可以考虑多种排放气体，甚至可以考虑多种环境影响类型.相比之下，LCA能效模型的核算更加全面，更能反映船舶的环境性能.在构建LCA能效模型时，提出LCA-CO2指数来衡量全生命周期中涵盖燃料生产中的CO2排放问题.并且在EEDI，EEOI仅针对CO2气体排放的基础上，提出LCA-GWP指数，用来衡量船舶温室气体排放的能效水平.LCA能效公式为(4)(5)式中：LCA-CO2为CO2排放的船舶LCA能效值；LCA-GWP为温室气体排放的船舶LCA能效值；i为航行次数；D为航行距离；GWP温室气体排放的特征化结果；mcargo为载货量.由于在船舶营运阶段，排放的产生与船舶机电设备及所用燃料密切相关，参照EEDI公式引入修正因子后扩充为(6)LCA-GWP=(7)式中：l为机电设备的种类；h为温室气体种类；P为机电设备功率；G为耗油率；C为燃料生产过程CO2排放系数；F为燃烧过程CO2排放系数；fj为补偿船舶特殊设计的修正系数；fi为对Capacity的修正系数;fc为舱容修正系数；fw为失速系数.2.2 排放系数选取所提出的LCA能效模型公式中，需求出燃料生产过程中的排放系数C及燃料燃烧过程中的排放系数F的值.排放系数是指排放物在某一活动下产生的比例，EEDI计算时IMO给出的排放系数是基于燃料的含碳量的量纲一的量转化系数.由于在船舶生命周期内温室气体排放中，CO2，CH4和N2O三种占了排放总量的99%[11]，因此构建的LCA-GWP模型仅考虑这三种排放物.而表2～3为三种常用燃料：重油(HFO)、轻柴油(MGO)、液化天然气(LNG)的排放系数[12].表2 不同燃料生产过程对应的排放系数排放因子HFOMGOLNGCO22.693×10-13.013×10-13.013×10-1CH42.944×10-33.348×10-32.042×10-3N2O6.958×10-68.756×10-41.704×10-4表3 不同燃料燃烧过程对应的排放系数排放因子HFOMGOLNGCO23.1143.2062.750CH46.000×10-56.000×10-55.120×10-2N2O1.600×10-41.500×10-41.100×10-4在LCA方法中，通过分类、特征化借助全球变暖潜势GWP将温室气体都转化为CO2当量(CO2-eq)，作为碳排放的定量分析结果.表4为船舶温室气体排放种类及相应全球变暖潜势.借助表4的全球变暖潜势将温室气体转化为CO2当量(CO2-eq)，即将CH4，N2O排放因子转化为CO2排放因子，对表2～3进行综合相加，得到表5中数据.从该表结果看来，LNG排放因子偏大.LNG虽然作为清洁能源，组分较纯、燃烧完全，但其并非零排放，不能减少所有排放物.文中仅考虑碳排放情况，为使LNG作为船舶燃料时更为环保，应该逐步解决CH4气体的泄露问题.表4 船舶温室气体排放种类及相应全球变暖潜势温室气体当量因子GWPCO21N2O298CH425SF622800HFCsHFC-134a1430HFC-152a124HFC-2314800PFCsPFC-147390注：每1 g CO2排放对全球变暖的影响相当于1/GWPg其余气体.表5 不同燃料生产、燃烧过程中对应的排放系数排放因子HFOMGOLNG生产3.450×10-16.459×10-14.031×10-1燃烧3.1633.2524.0633 实船LCA能效模型排放基线拟合前文提出了LCA能效模型的公式并选取了其排放系数，为验证船舶LCA-CO2,LCA-GWP的计算值是否符合能效标准，需与基线值进行比较.基线值是船舶能效的衡量标准，计算值应小于或等于基线值.IMO的EEDI等基线值均是采用数据拟合的方法进行的.3.1 实船数据来源目前，我国正在营运的船舶中以散货船、油船和集装箱船为主，除此之外，其他类型的船舶多为小种类船舶，较难获取大量有效的样本.因此，选取航行于我国内河以及沿海、近海航区且总吨数不小于400的油船、集装箱船和散货船为研究对象，利用EEDI，LCA-CO2和LCA-GWP公式对不同船型和不同吨位的大量实船进行计算，并根据计算结果进行相应的排放基线的拟合，根据建立的排放基线，有助于了解我国现有入级船舶的能效水平，从而有针对性地对相应排放实施控制.通过对CCS入级船舶录中的船舶进行整理，从1990年起记录在库总吨数超过400的集装箱船共有174艘，油船共有487艘，散货船共有605艘.在研究时需要对采集到的样本进行初步的整理和剔除，但过分人为的剔除数据会影响结果的客观性，因此，在整理样本时主要遵循以下两条原则：①剔除关键船型参数缺失的样本(如载重吨、主机功率、设计航速等)；②剔除船型参数明显有误的样本.经过整理后，最终得到847个有效样本，不同船型的样本分见表6.表6 基础船舶样本数量统计船舶类型有效样本数量剔除样本数量集装箱船15816油船 248239散货船 4411643.2 基线公式条件假设由于目前没有适用于LCA能效模型的基线公式，参照IMO提出的EEDI基线公式计算条件，在LCA能效模型基线回归公式计算时做以下假设：1) 参考EEDI基线式CO2排放系数取3.13，由于LCA能效模型中还需考虑燃料生产过程的排放，CO2排放系数取为3.399，考虑全球变暖潜势GWP后温室气体排放系数取为3.524.2) SFCME=190 g/(kW·h)；SFCAE=210 g/(kW·h)3) 主机功率大于10 000 kW时副机功率PAE=0.025XME+250；主机功率小于10 000 kW时副机功率PAE=0.05XME.4) 由于选取的有效样本中的船舶基本上都不涉及共同规范和冰区加强等问题，因此功率系数fj取1.0，载重修正系数fi取1.0，同时也将失速系数fw取1.0.3.3 LCA能效模型排放基线拟合结果采用最小二乘法对不同船型的排放基线进行拟合.基线表达式为aΔc，a和c均为常数.表7为拟合所得的不同船型能效基线对应的a，c值和决定系数R2.由表7可见，油船和散货船的基线公式决定系数R2均大于0.8，拟合效果较好；集装箱船的基线公式决定系数水平较低，仅为0.37，主要是由可收集到的集装箱船样本太少，且样本的离散度较大造成的.表7 各船型不同能效指数的a和c值船型能效指数aCapacitycR2油船EEDI540.32DWT0.41790.85LCA-CO2586.76DWT0.41790.85LCA-GWP608.34DWT0.41790.85散货船 EEDI412.15DWT0.40080.85LCA-CO2447.57DWT0.40080.85LCA-GWP458.81DWT0.40200.85集装箱船EEDI163.96DWT0.21540.37LCA-CO2178.05DWT0.21540.37LCA-GWP184.60DWT0.21540.37图1为基于采集到的船舶样本拟合出来的不同船型的能效基线.图2为三种船型LCA-CO2基线公式对比.1) 由图1的线条走势可知，LCA-CO2和LCA-GWP指数的基线变化趋势与EEDI 基线变化趋势一致，均随着船舶载重吨的增加而减小.且服从以船舶载重吨为自变量的乘幂函数分布.图1 三种船型EEDI，LCA-CO2，LCA-GWP的基线公式拟合图2 三种船型LCA-CO2基线公式对比2) 从横坐标相同时三者纵坐标大小可知，当载重吨位相同时，LCA-GWP值最大，其次依次是LCA-CO2值、EEDI值.这是由于相比EEDI能效模型，LCA-CO2能效模型从燃料生命周期角度出发，考虑了燃料生产等额外排放因素，考虑船舶排放更为全面，而LCA-GWP能效模型在LCA-CO2能效模型基础上额外考虑了CH4和N2O气体的影响.3) 由图2可知，散货船整体能效水平略优于油船且优于集装箱船.其原因在于散货船和油船航速较低，相应的油耗较小，且货舱容积利用率高；而集装箱船航速相对较高，油耗大，货舱利用率低，故能效水平比较低.4 结束语通过研究探索了LCA在船舶能效评测方面应用的可行性：建立了LCA能效模型LCA-CO2和LCA-GWP，拟合了油船、散货船及集装箱船的排放基线.工作证明LCA方法不仅可用于船舶环境指标评估，也拓展于船舶能效管理评估，与IMO监管机制EEDI平行使用，可作为实用的补充工具，并且相比EEDI和EEOI，船舶LCA-CO2和LCA-GWP能效模型更加全面，且由于LCA方法在其他行业的广泛应用，其结果还可以作为一个跨行业部门的环境性能指标.从长远来看，欧盟MRV机制旨在解决包括SOx和NOx等在内的所有排放问题，而且随着IMO排放控制区的设立以及Tier排放规则的不断更新，对船舶排放的要求越来越高，限制的排放物种类越来越多，而LCA能效模型与当前国际上航运业减排政策的走向是一致的.将LCA方法应用于船舶能效评估，拓展了思路，为制定更合理的船舶能效模型提供了技术方法.通过对CCS入级船舶库中三大主力应船型的LCA能效模型基线的拟合，计算分析了我国当前入级船舶的在此指标体系下的能效水平，这也将有助于我国航运业防患于未然，在后续国际化船舶能效体系的实施中占据主动权.但构造的LCA模型在研究探索中也发现了一些困难，如由于数据清单的搜集限制，此能效模型目前主要针对船舶营运阶段船舶燃料所产生排放的生命周期分析，虽然比现今实施的船舶能效设计指数EEDI拓展了能效生命周期分析的广度(燃料的生命周期过程数据)和深度(多种排放物质的计入)范围，但尚待我国逐步建立更完善的全生命周期数据库，再进行进一步的深入研究和完善.参考文献【相关文献】[1]王静.CO2管制下的班轮运输企业经营问题研究[D].大连：大连海事大学,2014.[2]ELLINGSEN H, FET A M, AANONDSEN S.Tool for Environmental Efficient ShipDesign[J].Journal of Transportation,2002.[3]蔡薇.绿色船舶机理、指标体系、绿色度及船舶大气污染算法研究[D].武汉：武汉理工大学,2004.[4]MICHIHIRO K, KATSUHIDE H, HIROAKI T.船舶用LCA解析ソフとを用いた船舶のライフサイクルインバクト評価[C].日本LCA学会研究発表会講演要旨集,东京，2005.[5]周春锋.基于LCA的船舶环境影响评价方法研究与应用[D].武汉：武汉理工大学,2009.[6]BENGTSSON S, ANDERSSON K, FRIDELL E.A comparative life cycle assessment of marine fuels: liquefied natural gas and three other fossil fuels[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,2011(1):97-110.[7]方蕾.基于生命周期理论的船舶碳足迹研究[D].宁波：宁波大学,2015.[8]邢丰铄.新造船舶能效设计指数及其限值研究[D].大连：大连海事大学,2012.[9]吴君君.面向能效设计指数的江海直达船设计研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.[10]郭心红.基于PDCA循环的船舶能效管理体系的构建[J].青岛远洋船员职业学院学报，2012,33(1)：13-16.[11]MEI M L, CAI W, WANG S Q. On the study of a feasible LCA method for the ship carbon emissions considering uncertainty[C].The Twenty-seventh International Ocean and Polar Engineering Conference,San Francisco,2017.[12]高梓博,杜太利,张勇,等.聚类算法在船舶能效数据挖掘中的应用[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2019,43(2):286-290.。

基于SECI的绞吸船挖泥操作标准化研究

基于SECI的绞吸船挖泥操作标准化研究李德元，高伟，李晓宇，杜红摘要：疏浚行业中，由于施工作业环境经常变动以及水下完成作业，绞吸船挖泥操作长期凭经验，人与人操作方法差异大，由此导致的产量波动较大。

操作标准化是管理改善的基础工作，本文讨论了的某绞吸船挖泥操作标准化知识库及其构建过程的实例。

研究过程中结合绞吸船挖泥操作特点，介绍了挖泥操作标准化知识库框架以及挖泥操作标准化中个人知识向组织知识放大扩散，形成挖泥操作标准的ＳＥＣＩ过程，研究过程中应用工业工程展开了挖泥操作标准化研究。

本研究拓展了工业工程的应用领域，构建了个人知识向组织知识转化的知识平台，通过SECI过程，员工不断更新挖泥操作方法，将有助于提高产能。

关键词：挖泥操作；SECI；标准化1．背景提高产能是疏浚企业亟待解决的问题，挖泥操作规范性与产能较强相关性，改善挖泥操作成为疏浚企业关注的焦点。

但长期以来业内观点多认为，挖泥过程中，水底土质复杂多样，挖泥操作经常需要根据外部工况变化调整操作，挖泥操作无法标准化。

在该观点主导下，目前挖泥操作主要以经验为主导，挖泥操作知识的传承靠“师傅带徒弟”模式。

研究发现，该模式下，不同操作者之间以及同一操作者不同时段的操作过程中，挖泥操作差异大，产能波动大；另外，对于疏浚企业而言，伴随着经验丰富的驾驶员离开企业，丰富的挖泥知识也随之外流，企业无法积累相关知识。

本文认为挖泥操作可以通过SECI过程，建立基础框架，不断完善、补充土质、操作等参数资料，逐渐形成相对标准的挖泥操作标准化体系，实现个人知识与组织知识间的转化。

2．挖泥操作相关研究目前针对挖泥操作改善的研究主要集中于以下三个领域：（1）现场操作指导:采用集成控制技术，将驾驶台上诸如导航、疏浚、测量等系统通过网络连接，实现数据的及时获取，指导驾驶员的挖泥操作,让驾驶员能直观观察到如挖泥深度、挖泥位置等这些原来凭经验判断的参数。

（2）应用拟合函数与神经网络方法探求参数优化范围。

基于 CEL 方法的平板入水有限元分析

基于 CEL 方法的平板入水有限元分析李琪;王煜凯【摘要】针对目前结构物入水这一热点问题，基于CEL（耦合欧拉拉格朗日算法）结合商用有限元软件 ABAQUS 进行平板结构入水的有限元建模分析，通过改变平板入水姿态角与初动能，探究该入水条件与结构响应之间的关系。

【期刊名称】《技术与市场》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】1页(P96-96)【关键词】CEL;平板入水;冲击动力学;有限元【作者】李琪;王煜凯【作者单位】西北工业大学航空学院，陕西西安 710072;西北工业大学航空学院，陕西西安 710072【正文语种】中文打水漂，看似简单的游戏，却揭示着多种物理原理。

二战中，“水漂弹”首次将打水漂运用到实际，人们第一次见识其威力。

自此以后，从炸毁大坝的“跳弹”，到控制车辆打滑技术，再到航天飞机返航，打水漂运用越来越广泛。

2015年5月13日《中国日报》报道，中国研究人员在研发短距起飞垂直降落的飞机(STOVL)上更进一步。

我国航空事业前景广阔，机遇与挑战并存，在钱学森弹道的基础上延伸出空天飞行器远程跳跃弹道原理，说明水漂原理对飞行器研究的指导作用。

飞行器再次进入大气层的滑翔状态时，由于其气动构形具有很高的“升阻比”，极大的升力作用在飞行器上，可使其再次冲出大气层进入近地空间做第二次的抛物线运动，又进入大气层循环往复，飞行器在大气顶层和近地空间做跳跃式起伏飞行，神似“打水漂”。

由此，探索“水漂”现象的内在机能，对于汽车和飞机的轮胎的设计、未来先进武器的设计、航天器返回时进入大气层的姿态控制、未来新型飞行器的设计等均有深远意义。

为了准确模拟飞行器入水时的姿态及速度，笔者采用耦合欧拉拉格朗日算法(Coupled Eularian-Lagrangian，CEL)来研究[1]。

Noh最早提出耦合欧拉拉格朗日(CEL)算法，他提出，网格点能随物质点发生位移，也能在空间中静止。

CEL算法有效结合拉格朗日和欧拉算法，采用有限差分法求解带有移动边界的二维流体运用，能很好地解决复杂流体-结构之间的相互作用问题。

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土壤不排水抗剪强度影响分析海底饱和软黏土由于其土壤自身组成、孑Ｌ隙比
及饱和度等性质和状态不同，使得反应土壤强度的不排水抗剪强度在不同的海域存在较大差别。为研究土壤不排水抗剪强度变化对船舶抛锚人泥深度的影响，选取４０ｋｇ的Ｃ型霍尔锚为抛锚对象，假设其抛锚过程中接触土壤时的速度为１ｍ／ｓ，在不排水抗剪强度分别为２、４、６、８和１０ｋＰａ的土壤条件下进行数值分析，其结果如图３所示。从图可以看出，随着不排水抗剪强度的增大，抛锚入泥深度将显著减小，且入泥深度的减小幅度随不排水抗剪强度值的增大而逐渐变小。
且入泥深度变化幅值随不排水抗剪强度值的增大而逐渐变小；抛锚入泥深度变化率与锚质量变化率及土壤水平接触面积变化率的比值呈线性关系。关键词：船舶；抛锚；入泥深度；不排水抗剪强度；落锚速度；ＣＥＬ中图分类号：ＴＥ９５２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４５７８．２０１４．１２．０１０
再
ＥＰ＝’Ｔ…。＂／７Ｓ，Ｎ。Ｚ４
＿ｒ
（２）
＇●萼摩
－扣晰刚｜】弹法＿、限托倬法
式中，Ｚ为锚人泥深度；Ｅ，为锚接触土壤时的动能；Ｓ，为锚形状系数，一般取０．６；Ｎ，为土壤承载力系数；ｙ’为土壤的有效单位重力：
图ｌ
Ｆｉｇ．１
拉格朗日算法与欧拉算法中连续介质变形情况
ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｅｄｉｕｍｉｎＬａｇｒａｎｇｉａｎａｎｄＥｕｌｅｒｉａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎａｌｙｓｉｓ
现有抛锚入泥深度计算方法的局
限性
目前，常用的抛锚入泥深度计算方法主要有２
曲，将严重影响计算的收敛性；而欧拉算法中有限元网格在空间上固定不动，冈此不会出现网格大变形问题，但是它很难给出精确的物体界面（如图ｌ所示）：ＣＥＬ算法结合了两者的优点，其采用拉格朗日网格离散结构物，采用欧拉网格离散海底土壤，结构物与海底土壤间的接触面采用拉格朗日域边界来描述，很好地解决了物体界面描述与网格大
４．１
Ｆｒａｃｔｉｏｎ，ＥＶＦ）来跟
踪其经过网格的状态，所有欧拉单元需通过指定ＥＶＦ值来代表其充满欧拉材料的比例。如果ＥＶＦ等于ｌ，则该欧拉单元被欧拉材料完全充满；而当ＥＶＦ等于０时代表该欧拉单元中没有欧拉材料。拉格朗日材料和欧拉材料间的接触通过基于罚函数接触算法的一般接触分析来计算，当欧拉单元中ＥＶＦ为０时，拉格朗日单元能没有任何阻碍地通过欧拉单元。因此，在船舶抛锚有限元模型建立过程中，采用八节点欧拉单元ＥＣ３Ｄ８Ｒ模拟土壤，采用八节点拉格朗日单元Ｃ３Ｄ８Ｒ模拟锚，并将其定义为约束于参考点的刚体。由于采用三维单元模拟土壤，分别选取对应于８倍锚爪宽度与厚度及８倍锚杆高度的范围作为计算区域，以减小边界效应对计算结果的影响。同时，对落锚区域土壤网格进行局部加密，使网格尺寸约为锚实际尺寸的％，具体的有限元计算模型如图２所示。
万方数据
石
油机械
２０１４年第４２卷第１２期
方法进展中指出，ＣＥＬ算法能很好地解决管土相互作用和深水吸力锚性能评估中的土壤大变形问题；Ｐｉｋｅ等。８一在极地海洋油气开发研究中，采用ＣＥＬ算法分析了冰山底部与海底土壤碰撞产生沟槽及其对海底管道的影响。ＣＥＬ算法的出现，对于船舶抛锚人泥深度预测的数值模拟提供了一种新的思路，同时随着ＡＢＡＱＵＳ等大型有限元分析软件的飞速发展，将ＣＥＬ算法集成到其求解器中，为解决各类复杂问题提供了便利。
强烈的非线性和非弹性等特征。土壤受力后会有明显的塑性体积变形，不仅压力会引起塑性体积变
形，而且剪切也会引起塑性体积变形（剪胀性）。
因此，描述土壤应力与应变关系的本构模型经历了从简单弹性、理想塑性到复杂的各向异性的硬化模型和软化模型的发展过程。笔者选取ＡＢＡＱＵＳ软件中的Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ模型作为海底土壤的本构模型，并且选取海底土壤的弹性模量Ｅ为不排水抗剪强度Ｓ。的１０００倍，泊松比肛为０．４９。考虑土壤自重的影响，需要对模型进行地应力平衡。
一４４一．一海洋石油装备◆
石油机械ＣＨＩＮ＾㈨’ｒｌ／ｉ）１．Ｅｔ＿、１、Ｉ、ｌ＿：ＨＩＮＩ・：Ｈ、
＝＝—＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一
２０１４年
第４２卷
第１２期
基于ＣＥＬ的船舶抛锚入泥深度分析
王
懿１
贾
旭２
黄
俊２
段梦兰１
（１．中国石油大学（北京）海洋油气研究中心２．中海油研究总院）
从上述２种抛锚人泥深度计算方法可以看出，经验预测模型只考虑了锚形状参数，无法反映土壤特性对抛锚入泥深度的影响，这显然与实际情况存在较大差异；而ＤＮＶ规范的预测公式中虽然包含了土壤承载力系数，但其无法反映土壤特性随深度的变化，也存在一定的局限性。在船舶抛锚对海底管道损伤风险日渐增大和数值计算方法不断进步的条件下，采用先进的数值计算方法对船舶抛锚入泥深度进行预测，对精确模拟抛锚对海底管道损伤问题具有重要的指导意义：
耦合欧拉一拉格朗日算法
近年来，针对土壤大变形问题的研究主要采用
有限元方法，如Ｍａｒｄｆｅｌｄｔ采用三维有限元方法对汉堡港的码头岸墙与土壤间的大变形问题进行模拟；Ｍａｂｓｃｏｕｔ等６。采用传统的有限元方法对桩嵌入土壤过程进行了模拟。从他们的研究可以看出，传统有限元方法在解决结构物与土壤接触问题和土壤网格大变形问题时常难以收敛：由Ｎｏｈ最早提出的耦合欧拉一拉格朗日算法（ＣＥＬ算法）常被用于解决土壤大变形问题。在有限元分析中，主要通过有限元网格描述有关物理量：拉格朗１３算法能够清晰地描述物体界面，但当所描述的物体发生大变形时，由于有限元网格的运动与物体质点的运动重合而使网格严重扭
ｒＦＴ．
着我国海洋油气开发的飞速发展，海底管道和电缆０
—－
口
在离岸距离２００ｋｍ以内的海上油田，特别是渤海湾地区得到了广泛应用。与此同时，渤海湾地区的海洋渔业、海洋运输业和海洋旅游业等活动日渐频繁，必然使得渔业作业区域和各类船舶航线在部分
海底管道和电缆作为海洋油气运输和控制的重要手段，是海洋油气资源开发与生产的生命线。随
（１）
类：一类为经验预测模型，另一类则根据能量守恒原理计算获得：霍尔锚的入泥深度经验预测公式如下。：
Ｔ＝Ｈ。ＣＯＳＯ／＋Ｂｌ／２
变形问题：Ｐａｕｌ等一在深水油气管道有限元评估
式中，丁为锚入泥深度；Ｈ。为锚爪高度；Ｏ／为锚爪展开角度；Ｂ．为锚身厚度：关于霍尔锚的结构参数可通过规范获得４＝在ＤＮＶ规范中’利用能量守恒定律，当锚的动能全部被土壤吸收时，可以求出锚入泥深度：计算式为：
ｏｆｔｈｅｆｌｕｋｅｗｉｄｔｈａｎｄｈｅｉｇｈｔｏｆ８ｔｉｍｅｓｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆａｎｃｈｏｒ
ａｎ
ｒｏｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｔｈｏｆｄｒｏｐｐｅｄａｎｃｈｏｒｈａｓ
ｉｎｖｅｒｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｕｎｄｒ－
。基金项口：国家自然科学基金项目“考虑钢悬链线立管安装的管土非线性相互作用机理研究”（５１３４９００２）；高等学校博士点专项科研基金项目“考虑钢悬链线立管运动速度的管土非线性相互作用机理研究”（２０１３０００７１２０００９）；巾国石油大学青年教师专项培养基金资助项目（Ｋ＇ｔＪＪ２０１２—０４—１４），
万方数据
２０１４年
第４２卷
第１２期
王
懿等：基于ＣＥＩ．的船舶抛锚入泥深度分析
海域内与海底管道和电缆的铺设区域产生交叠，从而使得船舶意外的抛锚作业对海底管道与电缆的损伤越来越频繁：以我国为例，近几年发生的多起海底管道与电缆受损事故中大部分由船舶抛锚造成。２００８年１月，渤西外输天然气管道被锚损伤；２００９年３月，渤中１３—１至歧口１８一ｌＷＨＰＩ平台海底管道被大吨位货船的锚拉断；２００９年１２月，舟山定海鳌头浦水道海底电缆被锚损伤；２０１０年７月，烟台长岛地区海底电缆被锚损伤；２０１１年１２月，惠州２ｌ一１油田天然气管道被锚损伤。１。近年来，越来越多的海底管道与受损事故引起了相关机构及研究人员的高度重视。船舶用锚由于航行区域变化大，需要适应多种海底土壤（如砂土、黏土等），大多为无杆转爪锚（如霍尔锚、斯贝克锚等）２。海底管道和电缆在近海区域主要采用挖沟埋设的方式进行安装，在渔船、工程作业船和一般运输船等进行抛锚作业时．锚的入泥深度是决定抛锚对海底管道和电缆损伤程度的重要参数。同时海底土壤存在含水量高、孔隙比大和压缩性高等主要物理特征以及变形量大、不排水抗剪强度较低等力学特性，在抛锚过程中将发生复杂的弹塑性变形。笔者采用耦合欧拉一拉格朗１３方法（ＣＥＬ）对船舶抛锚入泥深度问题进行研究，建立了抛锚入泥深度数值分析方法，所得结果对海底管道安全服役具有理论意义和工程意义。ｌ２
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