鱼雷锚在钙质砂床中的贯入深度研究

鱼雷锚安装简单、快速，是一种在海洋工程中具有良好应用前景的锚固结构，其在钙质砂床的贯入深度关乎其系泊结构物的稳定性和抗风浪能力。基于耦合的SPH (光滑粒子流体动力学法)和FEM (有限元法)算法，针对Richardson(2008)研究的鱼雷锚建立了有限元模型，在Abaqus平台上，数值模拟了该鱼雷锚在钙质砂床中的贯入深度，并模拟了不同的贯入速度、锚重量和锚-土界面间的摩擦系数等对鱼雷锚贯入深度的影响。通过对比数值模拟结果与Richardson(2008)提供的实验结果可知，耦合的SPH-FEM算法可以快速准确地模拟鱼雷锚在钙质砂床中的贯入深度。此外，由参数化研究可知，鱼雷锚的锚重、贯入速度和锚-土间摩擦系数对鱼雷锚的贯入深度影响显著。特别地，当贯入速度大于某一临界值时，贯入深度基本上与贯入速度成正比。最后，基于Richardson实验数据和本次数值模拟获得的65组数据，从能量法的角度提出了鱼雷锚在钙质砂床中贯入深度的预测公式，为动力锚的设计和应用提供理论支撑。此外，经初步验证，该公式也可用于预测DPAⅢ动力贯入锚在钙质砂床中的贯入深度。     

求解流固耦合问题的一种四步分裂有限元算法

基于arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) 有限元方法,发展了一种求解流固耦合问题的弱耦合算法．将半隐式四步分裂有限元格式推广至求解ALE描述下的Navier-Stokes（N-S）方程,并在动量方程中引入迎风流线（streamline upwind/Petrov-Galerkin, SUPG）稳定项以消除对流引发的速度场数值振荡;采用Newmark-β法对结构方程进行时间离散;运用经典的Galerkin有限元法求解修正的Laplace方程以实现网格更新,每个计算步施加网格总变形量防止结构长时间、大位移运动时的网格质量恶化．运用上述算法对弹性支撑刚性圆柱体的流致振动问题进行了数值模拟,计算结果与已有结果相吻合,初步验证了该算法的正确性和有效性．