【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海洋立管中管土相互作用分析領域，具體涉及一種管土相互作用位移力曲線的獲取方法。
技術介紹
1、海洋立管是連接海上浮式平臺與水下生產裝置的關鍵裝置和唯一平臺，是海洋油氣等資源開發和利用必不可少的裝備。海洋立管在海里受到各種載荷的作用，有些載荷和立管之間的相互作用的問題比較復雜，而且對立管產生不利的影響，進一步對立管的使用壽命會有比較大的影響。管土相互作用就是其中一種很復雜的相互作用，計算管土相互作用之間的位移-力曲線就是一個比較復雜的問題。
2、在海底，管土相互作用的問題涉及管土水三相耦合，問題十分復雜，現在大部分學者采用有限元方法在忽略水的情況下對其進行分析僅對管土之間的相互作用進行研究。忽略水的作用，顯然考慮問題不夠全面，還需要進一步加強研究。
技術實現思路
1、本專利技術針對有限元方法計算管土相互作用的忽略水的不足和非牛頓流體中傳統herschel-bulkley模型的一些不足，提出一種管土相互作用位移力曲線的獲取方法，其構思合理，流程簡單，通過改進后的新herschel-bulkley模型對管土相互作用進行研究，得出管土相互作用的力位移曲線，從cfd出發，加入水的作用，對管土相互作用進行研究，得到更準確的力位移曲線。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供的一種管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其首先將原有的herschel-bulkley模型進行改進后得到新herschel-bulkley模型，然后在已知的土壤參數和立管的幾何參數基礎上
3、所述管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其中，所述的將原有的herschel-bulkley模型進行改進后得到新herschel-bulkley模型的具體過程為：
4、基于原有的herschel-bulkley模型的表達式如下:
5、
6、其中上式(1)中，η為粘度，為剪切速率，μ0為屈服粘度，τ0為屈服應力與海洋粘土的不排水抗剪強度su＝su0+ky數值上差不多這里就取τ0＝su，su0為粘土泥線的不排水抗剪強度，k為粘土的抗剪強度梯度，y為粘土的深度，為參考剪切應變率，k為一致性因子，n為流動指數；
7、當剪強度為均勻不排水抗剪強度時，k與τ0保持不變；當粘土的抗剪強度隨著粘土深度發生變化的時候，k與τ0也隨著發生變化，為方便計算k取管道貫入過程中k的平均值k進行計算，即k0為泥線出對應的k值，k1為立管最大貫入深度時對應的k值；
8、得到改進后的新herschel-bulkley模型的表達式如下：
9、
10、其中上式(2)中，為剪切速率，su0為粘土泥線的不排水抗剪強度，k為粘土的抗剪強度梯度，y為粘土的深度，為參考剪切應變率，n為流動指數；k0為泥線出對應的k值，k1為立管最大貫入深度時對應的k值。
11、所述管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其中，所述獲取方法中是運用所述新herschel-bulkley模型來計算土壤與立管的相互作用位移力曲線，具體包括以下步驟：
12、1)首先，在所述新herschel-bulkley模型中，n，k和su0不會隨著立管貫入深度變化發生變化，可根據粘土本身的特性首先確定下來；
13、2)k與τ0(su)成正比，即k＝csu，c為常數并且可根據粘土本身特性得到，進一步就可以得到k0＝csu0；
14、3)通過立管的最大貫入深度y0得出k1＝c(su0+ky0)；
15、4)根據粘土的特性確定粘土泥線處的不排水剪切強度su0、強度梯度k和參考剪切速率得到屈服應力τ0＝su＝su0+ky，然后得出屈服粘度求得所有需要提前知道的參數后代入新herschel-bulkley模型的表達式(1)中，采用cfd方法求解粘土粘度獲得力位移關系；采用二維對管土相互作用進行研究，根據研究立管的直徑d畫出計算模型并劃分好網格；采用vof多相的方法，粘土相的動力粘度采用確定好的新herschel-bulkley模型，并輸入粘土的密度ρ，最后設置立管貫入速度v進行計算，最終得到力時間圖像并轉化成力位移圖像。
16、采用上述技術方案，本專利技術具有如下有益效果：
17、本專利技術構思合理，流程簡單，通過改進后的新herschel-bulkley模型對管土相互作用進行研究，得出管土相互作用的力位移曲線，從cfd出發，加入水的作用，對管土相互作用進行研究，得到更準確的力位移曲線，在新的herschel-bulkley模型中，將屈服應力、參考剪切速率和屈服粘度更好的結合起來，也將剪切速率對管土相互作用的影響考慮了。本分明可以在粘土的不排水抗剪強度線性增加或者均勻的情況下獲取管土相互作用的力位移關系，在研究線性增加的不排水強度的情況時，采用一致性因子的平均值作為其值，大大減小了問題的復雜度，減小了不少計算量。易于理解，操作簡單，在船舶設計過程有一定的應用價值。
18、本專利技術從計算流體力學方法(cfd)出發，進一步改進非牛頓流體中herschel-bulkley模型，在水的作用下研究管土相互作用，僅供海洋工程設計師參考。
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1.一種管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其特征在于：首先將原有的Herschel-Bulkley模型進行改進后得到新Herschel-Bulkley模型，然后在已知的土壤參數和立管的幾何參數基礎上，根據土壤參數得到新Herschel-Bulkley模型中的相關的模型參數，接著將粘土以新Herschel-Bulkley模型的粘度表達式進行建模并運用CFD方法進行數值模擬，以獲取貫入阻力和貫入深度的關系圖。
2.如權利要求1所述的管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其特征在于，所述的將原有的Herschel-Bulkley模型進行改進后得到新Herschel-Bulkley模型的具體過程為：
3.如權利要求2所述的管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其特征在于，所述獲取方法中是運用所述新Herschel-Bulkley模型來計算土壤與立管的相互作用位移力曲線，具體包括以下步驟：
【技術特征摘要】
1.一種管土相互作用位移力曲線的獲取方法,其特征在于：首先將原有的herschel-bulkley模型進行改進后得到新herschel-bulkley模型，然后在已知的土壤參數和立管的幾何參數基礎上，根據土壤參數得到新herschel-bulkley模型中的相關的模型參數，接著將粘土以新herschel-bulkley模型的粘度表達式進行建模并運用cfd方法進行數值模擬，以獲取貫入阻力和貫入深度的關系...
【專利技術屬性】
技術研發人員：余建星，尤耀峰，李振眠，余楊，張菁瑞，劉鵬飛，高睿龍，劉昱昊，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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