【正文】 鈕退出。 4）繪制結(jié)構(gòu)主導(dǎo)管腿處反力 — 時程曲線 選擇【 Main Menu】 【 TimeHist Postpro】 【 Define Variables】，在彈出的“ Define TimeHistoryVariables”對話框中，單擊【 Add】按鈕，出現(xiàn)“ Add TimeHistory Variables”對話框，選中【 Reaction force】，單擊【 OK】按鈕，彈出對象拾取框中，選中【 List of Items】，在文本框中輸入“ 125”，即主導(dǎo)管處節(jié)點編號，然后單擊【 OK】按鈕。 環(huán)境參數(shù) 水深： 28m，海面以上高度： 15m，風(fēng)速： 46m/s， 有效波高： ， 有效波周期： 10s， 海面流速： ，中部流速： m/s， 底部流速： m/s。 （ 4）設(shè)置材料參數(shù) 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Material Props】 【 Material Models】 ,將出現(xiàn)“ Define Material Model Behavior”對話框，在窗口的右側(cè)，依次單擊【 Structural】 【 Linear】 【 Elastic】 【 Isotropic】，在出現(xiàn)的對話框中輸入材料彈性模量“ ”以及泊松比“ ”，單擊 OK 按鈕，繼續(xù)返回點擊【 Density】彈出密度設(shè)置窗口，設(shè)置密度為“ 7850”。 海洋石油平臺設(shè)計 39 （ 3）設(shè)置單元實常數(shù) 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Real Constants】 【 Add/Edit/Delete...】 ,彈出“ Element Type for Real Constants”對話框，單擊【 Add...】按鈕，設(shè)置管單元實常數(shù)。平臺基本參數(shù)如下： 樁腿尺寸 外徑： 1524mm， 壁厚： 54mm。 選擇菜單路徑【 Utility Menu】 【 PlotpCtrls】 【 Style】 【 Graphs】 【 Modify Axes】， 在彈出的對話框中輸入圖形顯示的橫、縱坐標(biāo)的標(biāo)題，分別為“ TIME”和“ UX”，單擊【 OK】按鈕退出。 （ 2）求解選項設(shè)置 1）設(shè)置求解類型 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Analysis Type】 【 New Analysis】，海洋石油平臺設(shè)計 31 彈出“ Type of analysis”對話框，選中分析類型為【 Trasient】，分析方法選擇【 Full】，單擊【 OK】按鈕退出。求解完畢后，在“ Note”窗口顯示“ Solution is done！”，單擊【 Close】關(guān)閉窗口。 由圖可知，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力發(fā)生在樁腿底部位置，為 117MP。在求解過程中會看到如圖所示的求解收斂曲線。所有 SHELL43 單元采用 1 號材料屬性， 6 號實常數(shù)。 1）導(dǎo)管架網(wǎng)格劃分 PIPE20 和 PIPE59 都是用來劃分導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)， PIPE20 選用 1 號材料屬性，單元截面由外徑和壁厚確定； PIPE59 采用 2 號材料屬性，由外徑、壁厚及一系列流體參數(shù)確定單元屬性。再次單擊【 Structural】 【 Density】，彈出密度設(shè)置窗口，在【 DENS】選項后的文本框中輸入“ 7850”，單擊【 OK】。 : 水深： 50m 風(fēng)速： 有效波高： ， 有效波周期： ， 海面流速： ，中部流速： ， 底部流速： 。 2）時間歷程響應(yīng)后處理模塊 POST 26 點擊實用菜單項中的【 TimeHist Postprc】選項即可進入時間歷程響應(yīng)后處理模塊。 3)求解計算 在施加了載荷并設(shè)置了相關(guān)的分析選項之后，即可調(diào)用求解程序開始求解。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率，并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。 結(jié)構(gòu)非線性分析：結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。點擊快捷工具區(qū)的【 SAVEDB】將前處理模塊生成的模型存盤退出【 Preprocessor】，點擊實用菜單項中的【 Solution】進入 分析求解模塊。延伸網(wǎng)格劃分可將一個一維網(wǎng)格延伸成一個二維網(wǎng)格。用戶利用這些高級圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱體結(jié)構(gòu)。雙擊實用菜單中的【 Preprocessor】，進入 ANSYS 的前處理模塊。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會在 LOG 文件中列出，打開輸出窗口可以看到 LOG 文件的內(nèi)容。 前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。 ANSYS 軟件的第一個版本僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能，像當(dāng)時的大多數(shù)程序一樣，它只能是一個批處理程序，且只能在大型計算機上運行。由美國 ANSYS 軟件公司開發(fā)，是第一個通過 ISO9001 質(zhì)量認證的分析設(shè)計類軟件，是美國機械工程師協(xié)會 (ASME)、美國核安全局（ NQA）及近一十個專業(yè)技術(shù)協(xié)會認證的標(biāo)準分析軟件，廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子 、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等工業(yè)及科學(xué)研究。 1900 年，日本大森房吉教授提出了靜力理論?，F(xiàn)場測量即在原型結(jié)構(gòu)上安裝測量海冰力的壓力盒，直接測量海冰作用在真實結(jié)構(gòu)上的海冰力。理論模型是基于力學(xué)原理對海冰材料，海冰與結(jié)構(gòu)作用方式進行簡化，得到可以求解的力學(xué)模型，運用數(shù)學(xué)方法求解海冰力。 （ 2）慣性力：它是水下結(jié)構(gòu)物排出的流體的質(zhì)量與流體的質(zhì)點的加速度的乘積的函數(shù)。然而，潮汐不會發(fā)生，所以在本書中不予考慮。由于海洋平臺結(jié)構(gòu)所處的海洋環(huán)境更為惡劣 ,只靠傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加強措施來抵御外部環(huán)境載荷以滿足結(jié)構(gòu)的可靠性 是很不經(jīng)濟的 ,如果將結(jié)構(gòu)控制技術(shù)引人到海洋平臺結(jié)構(gòu)的振動控制中 ,那么海洋平臺結(jié)構(gòu)的可靠性將得到進一步的提高 ,尤其對于簡易平臺結(jié)構(gòu)來說 ,采用結(jié)構(gòu)控制技術(shù)可以使其結(jié)構(gòu)型式更趨簡單、合理 ,因而可以獲得更大的經(jīng)濟效益。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單 ,制造、安裝方便 ,造價低 等特點 ,目前在北海地區(qū)、美國墨西哥灣、意大利亞得利亞海以及我國的渤海等海域已經(jīng)得到應(yīng)用 ,其適用水深可達 40米。 MantisⅠ型平臺由 DEG 公司設(shè)計 ,也采用鉆井隔水套管作為支柱 ,其適用水深為 9~43米 ,原設(shè)計主要用于天然氣生產(chǎn)。目前已有一座牽索塔式平臺用于墨西哥灣水深 305 米的海域?；炷林亓κ狡脚_的安裝水深也在逐漸增大 ,由最初的 70 米水深已發(fā)展到 305 米水深（ 1995 年安裝的 Troll 平臺）。在 70年代 ,為了滿足全世界勘探的需要 ,自升式鉆井平臺的數(shù)量迅速增加 ,到 70 年代末 ,自升式鉆井平臺占移動式鉆井裝置的總數(shù)的一半。 1963 年出現(xiàn)了一座大型坐底式平臺 ,其工作水深達 米（ 175 英尺）。此外 ,由于每個張力腿都有很大的預(yù)張力 ,因此張力腿式平臺在波浪中的運動幅度遠小于半潛式平臺；牽索塔式平臺由甲板、塔體和牽索系統(tǒng)三部分組成。自升式平臺的優(yōu)點主要是所需鋼材少 ,造價低 ,在各種情況下都能平穩(wěn)地進行鉆井作業(yè) ,缺點是樁長度有限 ,使它的工作水深受到限制 ,最大的工作水深約在 120 米左右；鉆井船是在船中央設(shè)有井孔和井架 ,它靠錨泊系統(tǒng)或動力定位裝置定位于井位上。目前應(yīng)用海洋平臺最為廣泛的領(lǐng)域當(dāng)屬海上油氣資源的勘探與開發(fā)。 海洋平臺的分類 固定式平臺靠打樁或自身重量固定于海底 ,目前用于海上石油生產(chǎn)階段的大多數(shù)是固 定式平臺 ,它又可分 為樁式平臺和重力式平臺兩個類別。由于半潛式平臺具有小的水線面面積 ,使整個平臺在波浪中的運動響應(yīng)較小 ,因而它具有出色的深海鉆井的工作性能。而鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺則是在 1947 年首次出現(xiàn)于墨西哥灣 6米水深的海域 ,此后 ,海洋平臺得到了迅速發(fā)展。由于我國有大片的淺水及海灘地區(qū)需要勘探開發(fā) ,在所采用的鉆探裝備中 ,坐底式平臺占有重要的地位。半潛式平臺的數(shù)量在 70 年代迅速增加 ,設(shè)計重點表現(xiàn)在自推進、動力定位、惡劣海況、更大的工作水深（ 1830 米）及更大的鉆井深度（ 9144 米）。 Marsh 海洋石油平臺設(shè)計 3 概念。近年來 ,在北海南部海域也已開始應(yīng)用 ,其中應(yīng)用較多的簡易平臺主要有 MOSS Ⅱ型、 MantisⅠ型 Guardian、 Seashore 及獨樁平臺等。 Guardian 平臺是 PetroMarine 工程公司設(shè)計的一種單樁平臺 ,它也用鉆井隔水套管作為平臺支柱 ,不同之處在于這種平臺用兩根斜樁取代了前述兩種平臺的斜撐和直樁。 隨著海上油氣生產(chǎn)向著更深的海域推進 ,以張力腿平臺為代表的深海平臺必將繼續(xù)受到廣泛的重視和發(fā)展 ,研究熱點主要在于：尋求更為經(jīng)濟有效的結(jié)構(gòu)型式 ,以適應(yīng)極深海油田或極深海邊際油田開發(fā)的需要；深海平臺結(jié)構(gòu)的非線性動力分析 ,尤其是會危及平臺安全的長周期慢漂運動 ,以及高頻響應(yīng)中所產(chǎn)生的二海洋石油平臺設(shè)計 4 階和頻力和高階脈沖力；張力腿平臺的張力腿（系索）系統(tǒng)的研究 ,尤其是張力腿的極限承載能力、疲勞斷裂可靠性以及維修問題；張力腿平臺的錨固基礎(chǔ)的研究 ,尤其是筒型（吸力）基礎(chǔ)和以壓載控制的可回收基礎(chǔ)的研究。 大風(fēng)對海洋石油結(jié)構(gòu)物的工作影響很大，風(fēng)力隨著季節(jié)及地區(qū)的不同而有所區(qū)別。定常流是指基本上不隨時間變化的海流，理論上講，其速度，方向，及強度不隨時間的變化。 （ 5）動量反射力：當(dāng)波浪作用在沉沒于水中的大型物體時，將出現(xiàn)一個反動量，這一能量反射將在大型結(jié)構(gòu)上作用一個相當(dāng)?shù)牧Γ捶Q為動量反射力，一般對于高度相當(dāng)大的大型沉沒物必須要考慮此力。有限元數(shù)值模擬方法是將海冰與結(jié)構(gòu)的作用簡化為有限元模型，用現(xiàn)有商業(yè)軟件或者自行編制有限元程序?qū)δＰ瓦M行數(shù)值求解。而且現(xiàn)場的冰情不可控制，結(jié)構(gòu)形式固定，不能得到完備的數(shù)據(jù)，因而難 以得到具有一般性的海冰力計算方法。結(jié)構(gòu)物所受的最大地震載荷 F 等于其質(zhì)量 m 與地面最大加速度的乘積，即： F=m*a 由于這種方法比較簡單，且用這種方法設(shè)計的建筑物大多經(jīng)受了一般地震的考驗，所以，它稍作修改后至今仍被某些國家的地震設(shè)計規(guī)范所采用。它開發(fā)了第一個集成的計算流體動力學(xué)（ CFD）功能，也是第一個且是唯一一個開發(fā)了多物理場分析功能的軟件。在進行分析之前，可用交互式圖形來驗證模型的幾何形狀、材料及邊界條件；在分析完成之后，計算結(jié)果的圖形顯示，立即可用于分析檢驗。 后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等 值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。這種命令方式在進行某些重復(fù)性較高的工作時，能有效地提高工作速度。 2）定義單元類型、實常數(shù)及材料模型 定義在分析過程中需要用到的單元類型，對于單元類型的選擇，一般要結(jié)合工程實際情況及 ANSYS 單元庫相應(yīng)單元的屬性進行選擇，遵循所選擇的單元類型要能夠反映實際問題的特性的原則。在創(chuàng)建復(fù)雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作能減少大量的建模工作量。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實體模型以后，用戶指示程序自動地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計算、估計網(wǎng)格的離散誤差 ，直到誤差低于用戶定義的值或達到用戶定義的求解次數(shù)。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響不顯著的問題。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析 復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，確定結(jié)構(gòu)中山此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 2）定義載荷信息 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析的載荷包括位移載荷、集中力（包括彎矩）、表面載荷、體積載荷、慣性力以及耦合場載荷（如熱應(yīng)力）等。通過友好的用戶界而，可以很容易獲得求解過程的計算結(jié)果并對其進行顯示。另外， POST26 還可以進行曲線的代數(shù)運算。在命令流窗口輸入“ /UNIT,SI”，定義國際單位制。 1）創(chuàng)建關(guān)鍵點 通過菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Modeling】 【 Create】 【 Keypoint】 【 In Active CS】創(chuàng)建關(guān)鍵點。 海洋石油平臺設(shè)計 19 2）甲板平面梁網(wǎng)格劃分 BEAM4 單元用來劃分甲板梁。 海洋石油平臺設(shè)計 20 、波流耦合作用下導(dǎo)管架平臺整體結(jié)構(gòu)靜力分析 （ 1）設(shè)置分析類型 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Analysis Type】 【 New Analysis】，選擇“ Static”，點擊【 OK】按鈕退出。 海洋石油平臺設(shè)計 23 靜力結(jié)果分析 1）讀入結(jié)果文件 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 General Postproc】 【 Read Results】，單擊【 Last Set】， 讀入最后一個子步的結(jié)果文件。 （ 1）設(shè)定模態(tài)分析類型 重新進入 ANSYS 求解器，選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Analysis Type】 【 New Analysis】，設(shè)置分析類型為【