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申请/专利权人：中交四航工程研究院有限公司

摘要：本发明提供了一种半潜驳运输沉管的协调变形全时域流固耦合分析方法，适用于大型管节海上运输技术领域。本发明包括建立运动方程和运动方程求解两个主要步骤，基于半潜驳运动方程、沉管运动方程和拖缆缆绳方程在受力、位移、变形在时域分析过程中的相互关系，提出了半潜驳运输沉管的协调变形全时域流固耦合分析方法，得到了沉管运输全过程中每隔一个时间步长的受力、位移、变形数据，为解决沉管管节运输过程中的裂缝控制问题提供数据支撑和理论分析基础。

主权项：1.一种半潜驳运输沉管的协调变形全时域流固耦合分析方法，其特征在于包含以下步骤：S1建立运动方程；所述建立运动方程，包括建立半潜驳运动方程1、沉管运动方程2和拖缆缆绳方程3； 式中，m为半潜驳质量，A∞为频率无穷大时的附加质量，X为半潜驳运动位移，X的一阶导和二阶导分别对应半潜驳运动速度和加速度，t为半潜驳运动时间，K为水动力刚度，Rt-τ为速度脉冲函数，F为波浪荷载，Fc为半潜驳水动力，Fw为风阻力，Fg为半潜驳重力，Fm为缆绳力，Fe为附加外力，j是第j段缆绳，M是质量，是缆绳的加速度，T是绳的张力，V是绳的剪切力，W是绳的重力，F是外部水动力，md为沉管质量，xd为沉管在六个自由度上的产生的位移，包括三个直角坐标轴方向的平动和绕三个直角坐标轴的转动，cd为阻尼系数，kd为沉管刚度，fdm为沉管重力、fdn为沉管支撑荷载、fde为沉管附加外力；S2运动方程求解；所述运动方程求解，包含以下步骤：1根据预设的位置初始化参数，初始化半潜驳运动方程、沉管运动方程和M个缆绳方程；2设当前时间t经过i个时间步，如式4所示，t＝i×Δt4式中，Δt为单次时间步长，i从0开始，每计算迭代一次加1；3根据半潜驳重心运动计算t时刻缆绳系缆点的运动和速度，提供给拖缆缆绳方程作为参数输入，根据拖缆缆绳系缆点的运动和速度计算缆绳力，分别计入缆绳力Fm和沉管附加外力fde；4采用有限元模型求解支墩顶面和底面参考点变形量，根据支墩的变形量计算t时刻支墩荷载，分别计入半潜驳和沉管的运动方程的附加外力Fe和沉管支撑荷载fdn；5采用数值方法同步求解半潜驳、沉管的运动方程和M个缆绳方程，得到t时刻半潜驳、沉管和缆绳各质点的运动和速度；6根据t时刻半潜驳所有外荷载计算当前半潜驳表面单元的压强并输出；7将沉管支撑荷载以面压力的方式作用在支墩顶面参考面上，将沉管支撑荷载以及支墩重力之和以面压力的方式作用在底面参考面上；8根据6、7荷载条件采用有限元模型进一步求解，得到t时刻半潜驳和沉管的受力和变形数据；9更新当前时间经过的时间步数，如式5所示，i＝i+15重复步骤2到步骤8，直至时间步数达到预设的值；10输出所有的半潜驳、沉管和缆绳的运动响应和速度，沉管和半潜驳的受力和变形数据。

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