【正文】 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Solve】 【 Current LS】，彈出“ Solve Current Load Step”對話框，單擊【 OK】，開始計算模態(tài)解。 3）繪制時程 — 位移曲線 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 TimeHist Postproc】 【 Settings】 【 Graph】，定義橫向（ X）坐標為時間，在“ Graph Settings”對話框中的【 XVAR】 (Xaxis variables)選項后選中【 Single variable】，在【 Single variable No.】文本框中輸入“ 1”，單擊【 OK】按鈕退出該對話框。 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Element Type】 【 Add/Edit/Delete...】， 定義 3 種單元類型。 平臺載荷： 200T 海洋石油平臺設計 38 前處理過程 （ 1）設置工作環(huán)境 進入 ANSYS/Multiphysics 的程序界面后，通過常用菜單路徑【 Utility Menu】 【 File】 【 Change Jobname】 ,指定分析的工作名稱為“ Pilesoil interaction”，將“ New log and error files？”選項設置為【 yes】，點擊【 OK】按鈕。 （ 4）施加重力載荷 單擊菜單【 Main Menu】 【 Solution】 【 Define Loads】 【 Apply】 【 Structural】 【 Inertia】 【 Gravity】 【 Global】，彈出“ Apply (Gravitational) Acceleration”屬性值設置對話框，在“ ACELX， ACELY， ACELZ”中依次輸入“ 0，0， ”。 （ 1）設定模態(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】，設置分析類型為【 Modal】。 海洋石油平臺設計 20 、波流耦合作用下導管架平臺整體結構靜力分析 （ 1）設置分析類型 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Analysis Type】 【 New Analysis】，選擇“ Static”，點擊【 OK】按鈕退出。 1）創(chuàng)建關鍵點 通過菜單路徑【 Main Menu】 【 Preprocessor】 【 Modeling】 【 Create】 【 Keypoint】 【 In Active CS】創(chuàng)建關鍵點。另外， POST26 還可以進行曲線的代數(shù)運算。 2）定義載荷信息 ANSYS 結構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（如熱應力）等。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結構的影響不顯著的問題。在創(chuàng)建復雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作能減少大量的建模工作量。這種命令方式在進行某些重復性較高的工作時，能有效地提高工作速度。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，計算結果的圖形顯示，立即可用于分析檢驗。結構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計規(guī)范所采用。有限元數(shù)值模擬方法是將海冰與結構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。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。 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)濟有效的結構型式 ,以適應極深海油田或極深海邊際油田開發(fā)的需要；深海平臺結構的非線性動力分析 ,尤其是會危及平臺安全的長周期慢漂運動 ,以及高頻響應中所產(chǎn)生的二海洋石油平臺設計 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的研究 ,尤其是筒型（吸力）基礎和以壓載控制的可回收基礎的研究。近年來 ,在北海南部海域也已開始應用 ,其中應用較多的簡易平臺主要有 MOSS Ⅱ型、 MantisⅠ型 Guardian、 Seashore 及獨樁平臺等。半潛式平臺的數(shù)量在 70 年代迅速增加 ,設計重點表現(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）。而鋼質(zhì)導管架平臺則是在 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。 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。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。 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）?；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）。 MantisⅠ型平臺由 DEG 公司設計 ,也采用鉆井隔水套管作為支柱 ,其適用水深為 9~43米 ,原設計主要用于天然氣生產(chǎn)。由于海洋平臺結構所處的海洋環(huán)境更為惡劣 ,只靠傳統(tǒng)的結構加強措施來抵御外部環(huán)境載荷以滿足結構的可靠性 是很不經(jīng)濟的 ,如果將結構控制技術引人到海洋平臺結構的振動控制中 ,那么海洋平臺結構的可靠性將得到進一步的提高 ,尤其對于簡易平臺結構來說 ,采用結構控制技術可以使其結構型式更趨簡單、合理 ,因而可以獲得更大的經(jīng)濟效益。 （ 2）慣性力：它是水下結構物排出的流體的質(zhì)量與流體的質(zhì)點的加速度的乘積的函數(shù)?，F(xiàn)場測量即在原型結構上安裝測量海冰力的壓力盒，直接測量海冰作用在真實結構上的海冰力。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)技術協(xié)會認證的標準分析軟件，廣泛應用于核工業(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、輕工、地礦、水利、日用家電等工業(yè)及科學研究。 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，用戶可以方便地構造有限元模型。雙擊實用菜單中的【 Preprocessor】，進入 ANSYS 的前處理模塊。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。 結構非線性分析：結構非線性導致結構或部件的響應隨外載荷不成比例變化。 3)求解計算 在施加了載荷并設置了相關的分析選項之后，即可調(diào)用求解程序開始求解。 : 水深： 50m 風速： 有效波高： ， 有效波周期： ， 海面流速： ，中部流速： ， 底部流速： 。 1）導管架網(wǎng)格劃分 PIPE20 和 PIPE59 都是用來劃分導管架結構， 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。在求解過程中會看到如圖所示的求解收斂曲線。求解完畢后，在“ Note”窗口顯示“ Solution is done！”，單擊【 Close】關閉窗口。 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、縱坐標的標題，分別為“ TIME”和“ UX”，單擊【 OK】按鈕退出。 海洋石油平臺設計 39 （ 3）設置單元實常數(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，設置管單元實常數(shù)。 環(huán)境參數(shù) 水深： 28m，海面以上高度： 15m，風速： 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。 海洋石油平臺設計 32 （ 3）定義位移邊界條件 選擇菜單路徑【 Main Menu】 【 Solution】 【 Define Loads】 【 Apply】 【 Structural】 【 Displacement】 【 On Nodes】，彈出節(jié)點拾取對話框，在圖形顯示區(qū)域用鼠標將導管架底端四節(jié)點全部選上，單擊【 OK】按鈕，彈出位移屬海洋石油平臺設計 33 性設置對話框，選中【 All DOFS】，單擊【 OK】按鈕退出。因此本節(jié)將對所建立的導管架平臺 進行模態(tài)分析。 為了便于觀察，選取菜單路徑【 Utility Menu】 【 PlotCtrls】 【 Style】 【 Size and Shape】，彈出“ Size and Shape”對話框，打開“ Display of element shapes on real constant descriptions”選項，模型將以實際形狀顯示。 海洋石油平臺設計 16 （ 5）幾何模型建立 建立海洋平臺的幾何模型主要分為三個步驟，即創(chuàng)建關鍵點、連線構成結構框架和生成甲板平面。這些結果能通過繪制曲線或列表查看，繪制一個或多個變量隨頻率或其它量變化的曲線，有助于形象化地表示分析結果。 在選定分析類型后，需要設置相關的參數(shù)，比如分析所用到的求解器類型、非線性選項和迭代次數(shù)設置、模態(tài)分析的模態(tài)提取方法和模態(tài)擴展數(shù)的等各種分析選項。 1） 設定分析類型 ANSYS 軟件提供的分析類型如下： 結構靜力分析：用來求解外載荷引起的位移、應力和力。 ANSYS 程序提供了完整的布爾運算，諸如相加、 相減、相交、分割、粘結和重桑。 LOG 文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個批處理文件中，在以后進行同樣工作時，由 ANSYS 自動讀入執(zhí)行，這是 ANSYS 軟件的第二種命令輸入方式。70 年代末，交互方式的 加入是該軟件最為顯著的變化，它大大地簡化了模型生成和結果評價。假設結構物為絕對剛性，地震時結構物的運動與地面運動完全一致，結構物的最大加速度等于地面運動的最大加速度 。但由于自然界中海冰材料物理力學行為的復雜性，海冰與結構接觸過程和邊界條件的復雜性，建立合適的理論模型并求解具有很大的難度。入海后繼續(xù)向河口方向 或沿海區(qū)延伸而形成的海流； （ 6）定常流：周期性流和短期流按照海流隨時間變化而劃分，則可分為定常流，周期流和短期流。今后一段時間 ,海洋平臺結構應加強以下幾個方面的研究。自 80 年代以來 ,簡易平臺的應用日趨廣泛 ,墨西哥灣地區(qū)尤為突出。 1962 年出現(xiàn)的第一座半潛式平臺是由一帶有穩(wěn)定立柱的坐底式平臺改建而成 ,60 年代共建造了大約 30座半潛式平臺。 海洋平臺的建造歷史可以追溯到 1887 年在美國加里福尼亞所建造的第一座用于鉆探海底石油的木質(zhì)平臺。若按結構型式及其特點來劃分 ,海洋平臺大致可分為三大類固定式平臺、移動式平臺和順應式平臺。它漂浮于水面作業(yè) ,能適應更大的水深 ,同時它的移動性能最好 ,便于自航。此后 10 年中 ,坐底式平臺沒有發(fā)展。 張力腿平臺的研究始于 1954 年， R平臺可以支持一個 223平方米的甲板 ,以及一個 58平方米的標準直升機甲板。 海洋環(huán)境荷載 海洋石油的開發(fā)的所有活動都離不開海水存在的環(huán)境，因此對于海洋石油工程結構物而言，就要受到來自海洋各種環(huán)境荷載的影響。 （ 3）撞擊力：它是物體撞擊所產(chǎn)生的力，當波峰穿過空氣打擊在結構物上，發(fā)生沖擊或波浪破碎時引起的突然沖擊的載荷，這時由于空氣被波浪所包圍，不斷壓縮常使之爆炸，發(fā)出轟鳴聲，撞擊力一般可按總阻力在波峰部的慣性力的幾分之幾來計算，有時采用五分之一。理論上，這種方法得到的海冰力數(shù)據(jù)真實可靠，是對海冰力的最好估計。功能強大、使用靈活。軟件提供了 100 種以上的單元類型，可以用來模擬工程中的各種結構和材料。這個模塊主要包含如下的幾個操作環(huán)節(jié)。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。 ANSYS 程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。在求解過程中，可以通過屏幕窗口獲取計算過程的一些相關信息，諸如載荷步、收斂曲線等。 海冰：厚度： 32cm，抗壓強度 1990Kpa。不同規(guī)格的桿件需要結合相應的實常數(shù)，所有被劃分線段的