【正文】 ........................... 7 ANSYS 的發(fā)展歷史 ................................................................................... 7 基本功能 ................................................................................................... 7 分析過程 .................................................................................................... 8 第二章 導管架平臺整體結(jié)構(gòu)分析 ................................................................................. 12 導管架平臺簡介 ................................................................................................ 12 平臺整體模型建立 ............................................................................................ 12 工程實例基本數(shù)據(jù) : ................................................................................... 12 平臺幾何模型的建立 ................................................................................ 13 、波流耦合作用下導管架平臺整體結(jié)構(gòu)靜力分析 ................................................. 20 結(jié)構(gòu)整體靜力分析 .................................................................................... 20 靜力結(jié)果分析 .......................................................................................... 23 導管架平臺整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 ........................................................................... 26 結(jié)構(gòu)模態(tài)計 算 ........................................................................................... 26 觀察模態(tài)分析結(jié)果 .................................................................................... 26 波浪作用下平臺結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力分析 .................................................................... 30 瞬態(tài)動力分析 ........................................................................................... 30 動力分析結(jié)果處理 .................................................................................... 33 第三章 平臺樁腿與海底土相互作用模擬 ........................................................................ 37 基礎數(shù)據(jù) .......................................................................................................... 37 前處理過程 ........................................................................................................ 38 靜力求解計算 .................................................................................................... 42 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 ................................................................................................... 47 第四章 總結(jié) .................................................................................................................. 53 海洋石油平臺設計 1 第一章 綜述 平臺概述 海洋平臺是一種海洋工程結(jié)構(gòu)物 ,它為開發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場所。 移動式平臺是一種裝備有鉆井設備 ,并能從一個井位移到另一個井位的平臺 ,它可用于海上石油的鉆探或生產(chǎn)。 海洋石油平臺設計 2 順應式平臺是一種適于深海作業(yè)的海洋平臺 ,它在波浪作用下會產(chǎn) 生水平位移。 第一座坐底式平臺是 1949 年在墨西哥灣鉆井的“環(huán)球 40號”。 為了適應在不同水深范圍內(nèi)鉆井 ,1954 年出現(xiàn)了第一座自升式鉆井平臺—— “加里福尼亞號”。80年代 ,半潛式平臺的最大工作水深能力為 3048米 ,半潛式平臺已開創(chuàng)了在北緯60176。 70 年代末期以后 ,各國學者才真正致力于工程性的研究和實施。 MOSS Ⅱ型平臺用鉆井隔水套管作支柱并有兩根斜撐在水面上加以支持 ,斜撣在泥線處用樁固定于海床 ,這種結(jié)構(gòu)的適用水深可達 45米。 Seashore 平臺于 1984 年首次用于墨西哥灣 ,此后又用于北海南部海域以及東南亞 ,迄今已有 150 余座投人使用 ,其最大特點是用金字塔形的水下構(gòu)架和寬大的底座。我國正在開始大規(guī)模的灘海油田開發(fā) ,其中不乏分散而且小塊的邊際性油田。例如， 1978 年 9月 25日，我國南海二號半潛式鉆井平臺正在臺風中心附近，當時平均風速達 50 節(jié)二最大風速達 82 節(jié)。短期流是指由于短暫的外界 條件變化而引起的偶然性的海流，如氣旋通過時產(chǎn)生的風海流和氣壓梯度流等； （ 7）暖流和寒流：溫度較周圍水為高，向周圍傳送或傳播熱能的海流稱為暖流，反之，稱為寒流； （ 8）鹽水流和淡水流：鹽度較周圍水高的海流稱為鹽水流。因此在進行海洋石油結(jié)構(gòu)物計算時還要考慮冰壓力的作用。但是目前這一方法在冰載荷分析中運用的還不夠多。工程界對現(xiàn)場試驗得到的結(jié)論十分重視，在各個設計標準中，基本都采用了現(xiàn)場試驗得到的結(jié)論。因為只有當結(jié)構(gòu)的基本固有周期比地面運動周期小得多時，結(jié)構(gòu)在地震時才有可能不產(chǎn)生變形而被視為剛體。 ANSYS 的發(fā)展歷史 ANSYS 公司從建立之初到現(xiàn)在，已經(jīng)歷將近 40 年的歷史。ANSYS 分析模擬工具易于使用、支持多種工作平臺。從主菜單可以進入各處理模塊： PRE7（通用前處理模塊）， SOLUTION（求解計算模塊）， POST 1（通用后處理模塊）， POST26（時間歷程后處理模塊）。 了解 ANSYS 的基本知識之后，下面就來介紹在 ANSYS 中進行結(jié)構(gòu)有限元分析的一般流程 。 3）建立幾何模型及網(wǎng)格劃 分 建立幾何模型就是要建立一個與實際結(jié)構(gòu)外形大致相同（程度由結(jié)構(gòu)的簡化原則而定）的幾何圖形元素組合體。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成而和體、線與而的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和刪除等操作。 注意：定義邊界條件及約束條件也可以在求解模塊中設置。 結(jié)構(gòu)動力學分析：結(jié)構(gòu)動力學分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。熱傳遞的二種類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。 施加在幾何模型上的載荷是獨立于有限元網(wǎng)格的，當在劃分網(wǎng)格時，是不會影響到已近施加的載荷的。 1）通用后處理模塊 POST 1 單擊菜單項中的【 General Postproc】選項即可進入通用后處理模塊。 海洋石油平臺設計 12 第二章 導管架平臺整體結(jié)構(gòu)分析 導管架平臺簡介 本節(jié)以海洋石油導管架平臺為對象，采用 GUI 菜單操作和命令流相結(jié)合的方式，詳細介紹了 ANSYS 建立海洋平臺有限元模型的全過程，針對海洋平臺的各種環(huán)境載荷，采用相應的 ANSYS 分析類型分別進行計算，目的是希望通過具體實例，加者對 ANSYS 結(jié)構(gòu)整體分析的理解，以及對復雜海洋結(jié)構(gòu)物分析的方法。 海洋石油平臺設計 14 （ 3）定義單元實常數(shù) 單擊菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Real Constants】 【 Add/Edit/Delete】， 定義 6 組實常數(shù)，其中實常數(shù) 1 針對 PIPE20 單元，實常數(shù) 2~4 針對 PIPE59 單元，實常數(shù) 5 針對 BEAM4 單元，實常數(shù) 6 針對SHELL63 單元。 3）生成甲板平面 每層甲板平面由 9 個矩形平面組成，矩形位置和尺寸由甲板關(guān)鍵點坐標確定。通過菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Meshing】 【 MeshTool】。 （ 3）施加載荷 1）施加波流載荷：按波流同方向作用于結(jié)構(gòu)物，波浪相位角為 46176。 海洋石油平臺設計 24 3）繪制結(jié)構(gòu)節(jié)點位移等值線云圖 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 General Postproc】 【 Plot Results】 【 Contour Plot】 【 Nodal Solu】， 彈出“ Contour Nodal Solution Data”對話框，依次單擊【 Nodal Solution】 【 DOF Solution】 【 Displacement vector sum】，單擊【 OK】按鈕，顯示如圖所示的結(jié)構(gòu)節(jié)點位移等值線云圖。 （ 3）擴展模態(tài)設置 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Load Step Opts】 【 ExpansionPass】 【 Single Expand】 【 Expand Modes】， 彈出“ Expand Nodes”對話框，模態(tài)擴展數(shù)設為“ 6”。 海洋石油平臺設計 29 海洋石油平臺設計 30 波浪作用下平臺結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力分析 進行睡態(tài)動力分析所采用的結(jié)構(gòu)有限元模型與模態(tài)分析時完全相同。 1）進入時間歷程后處理器 POST26 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 TimeHist Postpro】，進入時間歷程后處理器 2）定義時間歷程后處理變量 選擇【 Main Menu】 【 TimeHist Postpro】 【 Define Variables】，在彈出的“ Define TimeHistory Variables”對話框中，單擊【 Add】按鈕，出現(xiàn)“ Add TimeHistory Variables”對話框，選中【 Nodal DOF Result】，單擊【 OK】按鈕，出現(xiàn)的“ Define Nodal Data”對象拾取框中，選中【 List of Items】， 在文本框中輸入“ 1173”，即平臺頂端甲板中心，然后單擊【 OK】按鈕。出現(xiàn)“ Define Element Results by Seq No.”對話框，在【 Name】 一欄中輸入“ STRESS”，在【 Item】選項后的列表中選擇【 SMISC】，在【 Comp Sequence number】一欄中輸入“ 15”，其他選項默認，單擊【 OK】退出。通過菜單項【 Utility Menu】 【 File】 【 Change Title】 ,指定圖形顯示區(qū)域的標題為“ Analysis of Pilesoil interaction”。 1）建立單元節(jié)點 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Modeling】 【 Create】 【 Nodes】 【 In Acti ve Cs】，將出現(xiàn)如圖 57 所示的對話框，建立位于樁腿頂部的節(jié)點，編號為“ 1