【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋立管中管土相互作用分析领域，具体涉及一种管土相互作用位移力曲线的获取方法。
技术介绍
1、海洋立管是连接海上浮式平台与水下生产装置的关键装置和唯一平台，是海洋油气等资源开发和利用必不可少的装备。海洋立管在海里受到各种载荷的作用，有些载荷和立管之间的相互作用的问题比较复杂，而且对立管产生不利的影响，进一步对立管的使用寿命会有比较大的影响。管土相互作用就是其中一种很复杂的相互作用，计算管土相互作用之间的位移-力曲线就是一个比较复杂的问题。
2、在海底，管土相互作用的问题涉及管土水三相耦合，问题十分复杂，现在大部分学者采用有限元方法在忽略水的情况下对其进行分析仅对管土之间的相互作用进行研究。忽略水的作用，显然考虑问题不够全面，还需要进一步加强研究。
技术实现思路
1、本专利技术针对有限元方法计算管土相互作用的忽略水的不足和非牛顿流体中传统herschel-bulkley模型的一些不足，提出一种管土相互作用位移力曲线的获取方法，其构思合理，流程简单，通过改进后的新herschel-bulkley模型对管土相互作用进行研究，得出管土相互作用的力位移曲线，从cfd出发，加入水的作用，对管土相互作用进行研究，得到更准确的力位移曲线。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种管土相互作用位移力曲线的获取方法,其首先将原有的herschel-bulkley模型进行改进后得到新herschel-bulkley模型，然后在已知的土壤参数和立管的几何参数基础上
3、所述管土相互作用位移力曲线的获取方法,其中，所述的将原有的herschel-bulkley模型进行改进后得到新herschel-bulkley模型的具体过程为：
4、基于原有的herschel-bulkley模型的表达式如下:
5、
6、其中上式(1)中，η为粘度，为剪切速率，μ0为屈服粘度，τ0为屈服应力与海洋粘土的不排水抗剪强度su＝su0+ky数值上差不多这里就取τ0＝su，su0为粘土泥线的不排水抗剪强度，k为粘土的抗剪强度梯度，y为粘土的深度，为参考剪切应变率，k为一致性因子，n为流动指数；
7、当剪强度为均匀不排水抗剪强度时，k与τ0保持不变；当粘土的抗剪强度随着粘土深度发生变化的时候，k与τ0也随着发生变化，为方便计算k取管道贯入过程中k的平均值k进行计算，即k0为泥线出对应的k值，k1为立管最大贯入深度时对应的k值；
8、得到改进后的新herschel-bulkley模型的表达式如下：
9、
10、其中上式(2)中，为剪切速率，su0为粘土泥线的不排水抗剪强度，k为粘土的抗剪强度梯度，y为粘土的深度，为参考剪切应变率，n为流动指数；k0为泥线出对应的k值，k1为立管最大贯入深度时对应的k值。
11、所述管土相互作用位移力曲线的获取方法,其中，所述获取方法中是运用所述新herschel-bulkley模型来计算土壤与立管的相互作用位移力曲线，具体包括以下步骤：
12、1)首先，在所述新herschel-bulkley模型中，n，k和su0不会随着立管贯入深度变化发生变化，可根据粘土本身的特性首先确定下来；
13、2)k与τ0(su)成正比，即k＝csu，c为常数并且可根据粘土本身特性得到，进一步就可以得到k0＝csu0；
14、3)通过立管的最大贯入深度y0得出k1＝c(su0+ky0)；
15、4)根据粘土的特性确定粘土泥线处的不排水剪切强度su0、强度梯度k和参考剪切速率得到屈服应力τ0＝su＝su0+ky，然后得出屈服粘度求得所有需要提前知道的参数后代入新herschel-bulkley模型的表达式(1)中，采用cfd方法求解粘土粘度获得力位移关系；采用二维对管土相互作用进行研究，根据研究立管的直径d画出计算模型并划分好网格；采用vof多相的方法，粘土相的动力粘度采用确定好的新herschel-bulkley模型，并输入粘土的密度ρ，最后设置立管贯入速度v进行计算，最终得到力时间图像并转化成力位移图像。
16、采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
17、本专利技术构思合理，流程简单，通过改进后的新herschel-bulkley模型对管土相互作用进行研究，得出管土相互作用的力位移曲线，从cfd出发，加入水的作用，对管土相互作用进行研究，得到更准确的力位移曲线，在新的herschel-bulkley模型中，将屈服应力、参考剪切速率和屈服粘度更好的结合起来，也将剪切速率对管土相互作用的影响考虑了。本分明可以在粘土的不排水抗剪强度线性增加或者均匀的情况下获取管土相互作用的力位移关系，在研究线性增加的不排水强度的情况时，采用一致性因子的平均值作为其值，大大减小了问题的复杂度，减小了不少计算量。易于理解，操作简单，在船舶设计过程有一定的应用价值。
18、本专利技术从计算流体力学方法(cfd)出发，进一步改进非牛顿流体中herschel-bulkley模型，在水的作用下研究管土相互作用，仅供海洋工程设计师参考。
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1.一种管土相互作用位移力曲线的获取方法,其特征在于：首先将原有的Herschel-Bulkley模型进行改进后得到新Herschel-Bulkley模型，然后在已知的土壤参数和立管的几何参数基础上，根据土壤参数得到新Herschel-Bulkley模型中的相关的模型参数，接着将粘土以新Herschel-Bulkley模型的粘度表达式进行建模并运用CFD方法进行数值模拟，以获取贯入阻力和贯入深度的关系图。
2.如权利要求1所述的管土相互作用位移力曲线的获取方法,其特征在于，所述的将原有的Herschel-Bulkley模型进行改进后得到新Herschel-Bulkley模型的具体过程为：
3.如权利要求2所述的管土相互作用位移力曲线的获取方法,其特征在于，所述获取方法中是运用所述新Herschel-Bulkley模型来计算土壤与立管的相互作用位移力曲线，具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种管土相互作用位移力曲线的获取方法,其特征在于：首先将原有的herschel-bulkley模型进行改进后得到新herschel-bulkley模型，然后在已知的土壤参数和立管的几何参数基础上，根据土壤参数得到新herschel-bulkley模型中的相关的模型参数，接着将粘土以新herschel-bulkley模型的粘度表达式进行建模并运用cfd方法进行数值模拟，以获取贯入阻力和贯入深度的关系...
【专利技术属性】
技术研发人员：余建星，尤耀峰，李振眠，余杨，张菁瑞，刘鹏飞，高睿龙，刘昱昊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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