一种大吨位沉船跨泥-水介质整体打捞过程安全性评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大吨位沉船跨泥

【技术实现步骤摘要】
一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及打捞工程
，具体涉及一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法及系统。

技术介绍

[0002]沉船整体打捞项目是一门实践性、综合性非常强的技术，包括地质勘测、探摸沉船破损情况及重量分布、安装吊索具、整体起浮、移位以及相关的方法、设计、计算、装备与工艺等。由于失事沉船往往具有特殊的军事、历史乃至政治价值，打捞工程务必一次成功。因此，开发先进、可靠的免触碰整体打捞技术对一个国家经济、国防以及文化建设都有重要的意义。当前，人们普遍利用基于势流理论和莫里森方程的各类船海工程运动和动力响应预报方法，来事先评估各种环境条件和沉船荷载下打捞工程的系统安全性。
[0003]从国内外相关研究来看，大部分研究者将仿真重点放在沉船离底后的水中提升阶段，关注风、浪、流综合作用下多体运动系统的安全性，但对于沉船在泥中所受荷载往往采用经验公式估算或者直接忽略。因此，现行的各类数值预报与分析、没有完成打捞工程跨多相介质全流程、全耦合的数值预报，不能满足沉船打捞大吨位、大水深、短周期的发展趋势要求。
[0004]由于失事沉船往往具有特殊的军事、历史乃至政治价值，人们力求提高打捞效率的同时，降低打捞过程对船体的损伤破坏，对保证沉船遗址遗骸的整体性和原生性，亦即保证整个提升系统的安全性提出了更高的要求。基于上述大吨位沉船整体打捞安全性要求，当前大吨位沉船整体打捞安全性评估相关技术存在以下问题：
[0005]1、荷载值预报不精确；一般在工程上通过经验公式估算出泥荷载，对复杂形状沉体缺乏适应性，对于不规则坐底船体预报准确度很差，相关工程往往是基于偏安全考虑开展设计与实施，制约了工程经济性。
[0006]2、缺乏荷载时历预报；由于简单估算无法得到出泥荷载时历曲线，因而缺乏对沉船坐底阶段系统受力与运动特性的全过程预报，可能忽略沉船离底阶段进行泥
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水跨介质大吨位载荷转移时，缆受力、提升系统运动响应的危险时刻。
[0007]3、沉船跨介质上拔过程是一个耦合过程，工程船受沉船遗址、风、浪、流的综合作用，其吃水和姿态均发生实时变化，目前尚没有基于精确出泥荷载、面向全过程的工程船系泊系统动力响应预报。
[0008]经过检索沉船跨泥
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水介质打捞的现有技术相关文献如下：
[0009]1、文献1【杨天笑.双驳抬撬沉船打捞过程提升力计算与仿真研究[D].大连海事大学，2018.】应用GHS软件对打捞过程的三个阶段分别进行了仿真分析与计算，研究了打捞过程中的搁坐力、提升力、船体纵向最大剪力与船体纵向最大弯矩变化的一般规律。根据船舶在波浪上运动的三维势流理论，引入了船舶在规则波中的运动方程，并结合不规则波中的船舶运动响应求解方法，对驳船进行了系泊状态下的时域运动响应计算，分析了在不同波
浪入射角度及有义波高条件下的驳船运动响应规律。文献1认为，扳正阶段向离底与提升阶段过渡时提升力、沉船船体所受最大剪力和最大弯矩均会出现较为明显的改变；出水上浮阶段的提升力、船体最大剪力与最大弯矩则会持续加大，提示了重点关注跨介质过渡阶段系统安全的必要性。但是，文献1使用经验公式来计算海底吸附力，可能会造成一定的误差。
[0010]2、文献2【杨涛.淤泥质海域海床基吸附力与结构优化研究[D].青岛科技大学，2017.】利用ABAQUS基于Mohr
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Coulomb土体本构模型对影响海床基吸附力的各种因素进行了仿真研究。结果表明，海床基在淤泥中的浸没深度和提升方式是影响海床基吸附力的主要因素；吸附力随海床基底座开孔数量的增加而减小，但是影响因素较浸没深度和提升方式低。基于出泥阻力计算结果，文献2进行了海床基结构外形的优化。
[0011]3、文献3【张杰.侧摩阻力对海底坠落物起吊力影响的模拟分析[D].哈尔滨工程大学，2020.】通过数值模拟对落入海底的坠落物打捞过程进行了研究，并进行了不同经验公式计算结果与数值模拟之间的对比。文献3分析了物体入泥深度、土体抗剪强度对物体上升速度和起吊力的影响，认为同一入泥深度情况下，坠落物的上升速度与起吊力成正比，位移与起吊力呈指数关系；同一起吊力情况下，坠落物的上升速度和位移与入泥深度成反比；而抗剪强度指标只有在起吊力不大的情况下才会对物体上升的速度和位移产生显著影响。
[0012]本专利技术对大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法及系统作了技术改进。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是，提出一种拓展海上作业窗口期、提高工程经济性、保证打捞作业安全的大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞安全性评估方法。
[0014]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，包括以下步骤：
[0015]S1、进行现场土工试验测定土体参数；
[0016]S2、沉船遗骸出泥荷载精确计算子系进行沉船实船网格建模，输入步骤S1测定的土体参数进行土体流固耦合模拟，经过数据处理获得沉船底质力荷载；
[0017]S3、驳船六自由度运动预报子系统基于线性势流理论、Cummins方程及步骤
[0018]S2获得的沉船底质力荷载计算驳船实时六自由度运动响应，并根据不同打捞状态，实时更新水面水动力学参数与波浪载荷响应系数，获得沉船水动力力荷载；
[0019]S4、驳船系泊力求解子系统基于集中质量法、莫里森方程及步骤S3获得的驳船实时六自由度运动响应，求解打捞系统系泊缆受力时历；
[0020]S5、步骤S4获得的打捞系统系泊缆受力时历作为输入与驳船六自由度运动预报子系统相互耦合，驳船系泊力求解子系统求解打捞系统系泊缆危险张力时历，进而判别大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程中的危险点。
[0021]优选地，所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，步骤S2沉船遗骸出泥荷载精确计算子系统基于非线性有限元方法构建的适应多层海底软粘土独特工程性质和大体积任意形状结构物的出泥荷载流固耦合计算技术，以土体本构模型为理论依据。
[0022]优选地，所述土体本构模型为太沙基经典固结理论和摩尔库伦理论。
[0023]优选地，所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，步骤S3驳船六自由度运动预报子系统采用面元法建立数值模型，计算得到不同浪向、不同水深，不同打捞状态下的水面驳船及水下沉船的水动力学参数、一阶波浪激励力、二阶低频波浪力及运动响应RAO。
[0024]优选地，所述水动力学参数是附加质量和辐射阻尼系数。
[0025]优选地，所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，步骤S4和S5所述驳船系泊力求解子系统基于集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，其特征在于包括以下步骤：S1、进行现场土工试验测定土体参数；S2、沉船遗骸出泥荷载精确计算子系进行沉船实船网格建模，输入步骤S1测定的土体参数进行土体流固耦合模拟，经过数据处理获得沉船底质力荷载；S3、驳船六自由度运动预报子系统基于线性势流理论、Cummins方程及步骤S2获得的沉船底质力荷载计算驳船实时六自由度运动响应，并根据不同打捞状态，实时更新水面水动力学参数与波浪载荷响应系数，获得沉船水动力力荷载；S4、驳船系泊力求解子系统基于集中质量法、莫里森方程及步骤S3获得的驳船实时六自由度运动响应，求解打捞系统系泊缆受力时历；S5、步骤S4获得的打捞系统系泊缆受力时历作为输入与驳船六自由度运动预报子系统相互耦合，驳船系泊力求解子系统求解打捞系统系泊缆危险张力时历，进而判别大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程中的危险点。2.根据权利要求1所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，其特征在于：步骤S2沉船遗骸出泥荷载精确计算子系统基于非线性有限元方法构建的适应多层海底软粘土独特工程性质和大体积任意形状结构物的出泥荷载流固耦合计算技术，以土体本构模型为理论依据。3.根据权利要求2所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，其特征在于：所述土体本构模型为太沙基经典固结理论和摩尔库伦理论。4.根据权利要求2所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，其特征在于：步骤S3驳船六自由度运动预报子系统采用面元法建立数值模型，计算得到不同浪向、不同水深，不同打捞状态下的水面驳船及水下沉船的水动力学参数、一阶波浪激励力、二阶低频波浪力及运动响应RAO。5.根据权利要求4所述的一种大吨位沉船跨泥
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水介质整体打捞过程安全性评估方法，其特征在于：所述水动力学参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一听，王磊，辛尚哲，周东荣，陈世海，朱小东，
申请(专利权)人：交通运输部上海打捞局，
类型：发明
国别省市：