硕士答辩经典ppt-天津大学

XXXXXXXXXXXXXXXX研究专业：XXX导师：XXX答辩人：XXX天津大学硕士论文答辩XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩论文思路船锚拖坏海管事故频发海底管线广泛应用模型试验试验分析数值模拟结论背景问题研究方法成果XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩绪论碎石结构模型试验研究碎石结构保护机理分析ABAQUS数值模拟研究结论与展望论文结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩1.绪论1.1研究背景海底管线的作用和优势？为什么要保护？随着经济迅速发展，对油气资源的需求越来越大，海上油田日益增多。与船舶运输相比，海底管线运输油气更加快捷、经济、可靠。船舶航线和锚泊区域与海底管线交叉重叠，近几年发生多起管线被拖锚损坏的事故，造成巨大经济和生态损失。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩1.绪论什么是碎石保护结构？碎石保护结构是保护海底管线的常用工程措施，施工过程为：在海底土中挖出沟槽，铺设海底管线，并用碎石掩埋。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩1.绪论海底管线防锚损坏主要为利用概率理论研究抛锚对海管影响海底管线保护措施有回填掩埋、双层管、混凝土保护层、设置禁锚区等。1.2研究现状船舶走锚走锚的根本原因是锚泊船所受外力的水平分量大于锚与锚链产生的系留力拖锚数值模拟T·Sriskandarajah和R·Wilkins利用ABAQUS研究了不同状态管线被锚爪拖拽时的内力WangLQ和ChiaHK利用ABAQUS研究拖动锚体经过管线保护层的过程，得出了锚体拖动轨迹XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩1.绪论目前国内外对海底管线防止拖锚损坏研究较少，尤其对工程常用的碎石保护结构了解很少，缺少模型试验研究，也不了解其保护效果和保护机理。1.3本文研究内容和创新点本文针对三个模型锚进行了十次拖锚试验，得到了锚从细砂进入碎石的运动轨迹和运动规律，验证了碎石结构的保护效果。运用被动土压力和力学理论，分析了碎石结构的保护机理。利用ABAQUS建立拖锚模型，包括复杂锚体模型和欧拉土体模型，得到了锚的运动轨迹，进一步验证了碎石结构的保护效果。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩绪论碎石结构模型试验研究碎石结构保护机理分析ABAQUS数值模拟研究结论与展望论文结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩2.碎石结构模型试验研究2.1试验装置试验装置包括试验槽及土体材料，质量为70.5kg、23.9kg和5.7kg的三个模型锚，量测设备和加荷设备。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩2.2试验设计根据抛锚方式和抛锚位置的不同，现实中锚落下时的位置和落入土中的深度有多种可能，因此将锚与碎石接触时的状态分为以下五种工况，模型锚的位置也对应有五种情况。所模拟工况所模拟工况模型锚质量/kg落锚处距离碎石较远或锚体全部落入土中落锚处距离碎石较近或锚体部分落入土中落锚处靠近碎石锚体落在碎石结构边缘锚体落在碎石表面70.5√√√√√5.7√√√√--23.9--√------模型锚位置试验槽尽头且全部埋入土中试验槽尽头并部分埋入土中细砂表面中间砂石分界处表面碎石结构表面所模拟工况2.碎石结构模型试验研究XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩2.3试验方法细砂碎石数据采集仪笔记本电脑2.碎石结构模型试验研究传感器XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩绪论碎石结构模型试验研究碎石结构保护机理分析ABAQUS数值模拟研究结论与展望论文结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩3.碎石结构保护机理分析3.1试验数据整理各种工况下70.5kg模型锚的锚爪尖端深度、锚抓力随锚位置变化曲线图。50010001500200025000500100015002000250030003500400045005000锚抓力/N锚爪尖端水平位置/mm落锚处距碎石结构较远工况模拟落锚处距碎石结构较近工况模拟落锚处靠近碎石结构工况模拟落锚处位于碎石结构边缘锚体接触到碎石结构50010001500200025003000400350300250200150100500锚爪尖端入土深度/mm锚爪尖端水平位置/mm落锚处距碎石结构较远工况模拟落锚处距碎石结构较近工况模拟落锚处靠近碎石结构工况模拟落锚处位于碎石边缘工况模拟落锚处为碎石表面工况模拟锚体接触到碎石结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩各种工况下5.7kg模型锚的锚爪尖端深度、锚抓力随锚位置变化曲线图。3.试验数据整理与分析3.1试验数据整理050010001500200025003000200180160140120100806040200锚爪尖端入土深度/mm锚爪尖端水平位置/mm落锚处距碎石结构较远工况模拟落锚处距碎石结构较近工况模拟落锚处靠近碎石结构工况模拟落锚处位于碎石边缘工况模拟锚体接触到碎石结构050010001500200025003000050100150200250300350400450锚抓力/N锚爪尖端水平位置/mm落锚处距碎石结构较远工况模拟落锚处距碎石结构较近工况模拟落锚处靠近碎石结构工况模拟落锚处位于碎石边缘工况模拟锚体接触到碎石结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩05001000150020002500200180160140120100806040200锚爪尖端深度锚抓力锚爪尖端水平位置/mm入土深度/mm锚体接触到碎石0100200300400500600700800900100011001200锚抓力/N3.试验数据整理与分析3.1试验数据整理23.9kg模型锚的锚爪尖端深度、锚抓力随锚位置变化曲线图拖锚从细砂进入碎石时锚的运动规律：拖拽开始时，锚爪开始向砂土中嵌入，锚爪与锚柄夹角增大，锚抓力增大，锚体在砂土中的深度先增大然后趋于稳定；锚体接触到碎石保护结构后，锚爪与水平面夹角增大，锚冠抬升，锚爪深度减小，锚抓力减小，然后再次达到稳定状态。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩细砂碎石矩心OF土F土GN拖拽力3.碎石结构保护机理分析3.2锚体受力分析锚在土中主要受力：锚挤压土体产生的被动土压力、土的支持力和锚自身重力。这些外力形成了以锚柄端点为矩心的转动力矩和抗转力矩，当两个力矩平衡时，锚在土中水平运动，不发生转动。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩3.试验数据整理与分析3.3锚体转动机制分析细砂碎石矩心OF土F土GN拖拽力当锚进入碎石时，碎石内摩擦角大于细砂，导致土压力增大，转动力矩增大，而抗转力矩不变，导致锚发生顺时针转动，锚爪深度减小，锚抓力减小；此时土压力减小，当转动力矩减小到再次等于抗转力矩时，锚达到力矩平衡状态。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩绪论碎石结构模型试验研究碎石结构保护机理分析ABAQUS数值模拟研究结论与展望论文结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.1模型建立本文对有无碎石结构两种情况分别进行数值模拟，通过对结果进行对比验证碎石结构保护效果。为适应拖锚过程中的大变形，在显式动力分析模块中使用耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）方法，建立3m*1.5m*1m欧拉体模型。无碎石结构模型中，将欧拉体分割成两部分，对欧拉体下部0.6m赋予细砂材料属性；而有碎石结构模型中，将欧拉体分成三部分，下部平均分割，分别赋予细砂和碎石材料属性。土体变形可以扩展到空区域。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.1模型建立锚与土体的接触关系为通用接触。对锚体、细砂和碎石分别选择线弹性和摩尔库伦本构模型，物理力学参数取值如下表所示。分别建立锚冠（包括锚爪）、锚柄和锚链模型，总质量约为5.7kg，分别耦合为刚体，然后以铰接（HINGE）的形式连接在一起，使其可以绕一个方向转动。铰接部件线弹性本构模型摩尔库伦本构模型密度ρ/kg·m3弹性模量E/MPa泊松比μ内摩擦角/°粘聚力/MPa细砂200.403001800碎石500.255002500锚体2100000.2----7850XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.1模型建立划分网格时对锚冠、锚柄和锚链采用八节点六面体线性减缩积分（C3D8R）单元，对欧拉体采用八节点六面体线性减缩欧拉（EC3D8R）单元。模拟过程分两步，首先对土体施加重力进行地应力平衡，然后对锚链参考点施加水平位移荷载，使其发生2m的位移。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.2无碎石结构数值模拟结果无碎石结构时的数值模拟应力云图和数值模拟动画。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.2无碎石结构数值模拟结果0.00.51.01.52.00100200300400500600锚抓力锚爪尖端深度锚体水平位移/m锚抓力/N2520151050锚爪尖端深度/mm无碎石结构时锚爪尖端深度与锚抓力变化曲线图，可以看出拖锚开始后，锚尖深度和锚抓力都是先迅速增大然后趋于稳定，与试验过程相同。锚尖深度和锚抓力与试验结果相似，可以证明数值模拟的可靠性。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩显式动力分析过程中的能量变化曲线图，相对于外力做功和内能，总能量的变化非常小，可以忽略不计，因此可以认为模拟过程符合能量守恒定律，是可靠的。0.00.51.01.52.0-50005001000150020002500300035004000能量值/J时间/s外力做功摩擦耗散能内能动能粘性耗散能总能量4.ABAQUS数值模拟研究4.2无碎石结构数值模拟结果XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.3有碎石结构数值模拟结果XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.3有碎石结构数值模拟结果0.00.51.01.52.00100200300400500600700800碎石部分锚抓力锚爪尖端深度锚体水平位移/m锚抓力/N细砂部分302520151050-5-10锚爪尖端深度/mm有碎石结构存在时，锚进入碎石时锚抓力和锚尖深度明显减小。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩0.00.51.01.52.001000200030004000500060007000能量值/J时间/s外力做功摩擦耗散能内能动能粘性耗散能总能量4.ABAQUS数值模拟研究4.3有碎石结构数值模拟结果与无碎石结构相似，总能量的变化极小，可以认为模拟过程符合能量守恒。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩4.ABAQUS数值模拟研究4.4有无碎石结构数值模拟结果对比0.00.51.01.52.02.5302520151050-5-10-15碎石部分锚爪尖端深度/mm锚体位移/m有碎石结构锚爪尖端深度无碎石结构锚爪尖端深度细砂部分通过有无碎石结构情况对比，可以进一步验证碎石结构的保护效果。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩绪论碎石结构模型试验研究碎石结构保护机理分析ABAQUS数值模拟研究结论与展望论文结构XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究天津大学硕士论文答辩5.结论与展望5.1结论试验过程和结果表明，