（船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專業(yè)論文）自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具研究.pdf

大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 在懸臂自升式海洋鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)中 懸臂梁的設(shè)計(jì)是影響到平臺(tái)整體作業(yè)能力的重 要工作 在平臺(tái)方案設(shè)計(jì)階段 由于總體設(shè)計(jì)方案頻繁修改 平臺(tái)整體尺寸不斷變化 相應(yīng)地懸臂梁設(shè)計(jì)尺寸也隨之頻繁修改 而每次修改都需要對(duì)新方案下懸臂粱的結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度做出計(jì)算和校核 結(jié)構(gòu)計(jì)算的最可靠的方案是有限元分析 懸臂梁有限元結(jié)構(gòu)建模是 一個(gè)耗時(shí)的復(fù)雜工作 如果設(shè)計(jì)模型頻繁修改 工作量巨大 因此 研究和開發(fā)針對(duì)懸 臂粱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 支持參數(shù)化設(shè)計(jì)修改的 有限元建模 加載 分析校核以及工程圖生 成等功能的軟件工具 對(duì)于懸臂梁結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化意義重大 為此 本文研究和開發(fā)了基于v b 6 0 的懸臂自升式海洋鉆井平臺(tái)懸臂梁的參數(shù)化建 模和繪圖 實(shí)現(xiàn)了可視化參數(shù)輸入系統(tǒng) 主要研究?jī)?nèi)容如下 1 研究分析了懸臂梁鉆臺(tái)區(qū) 中間區(qū)及鋪管甲板區(qū)的長(zhǎng)度同普通框架 加強(qiáng)框架 區(qū)的相互位置及相互距離等關(guān)系 實(shí)現(xiàn)對(duì)其實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模 研究分析懸臂梁的各個(gè)尺 寸間的關(guān)系 并找出幾個(gè)對(duì)其影響較大的參數(shù) 分析懸臂梁處于不同外伸及橫移狀態(tài)下 的受力及約束情況 并對(duì)其實(shí)現(xiàn)參數(shù)化加載 2 以a n s y s 為分析工具 南海4 號(hào)懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ) 使用戶輸入較少一 些參數(shù) 就可以迅速生成懸臂梁建模 加載分析的命令流 調(diào)用a n s y s 并進(jìn)行有限元分 析運(yùn)算 并提取其分析結(jié)果 3 用v b 6 0 為開發(fā)工具 通過o l e 調(diào)用a u t o c a d 迅速生成懸臂梁的三視圖等圖 形 本文用參數(shù)化建模 分析及繪圖化思想 建立了懸臂粱整個(gè)參數(shù)化模型 使設(shè)計(jì)者 只需修改一些參數(shù)就可以完成全模型有限元及繪圖工作 大大降低了設(shè)計(jì)者的工作量 關(guān)鍵詞 自升式平臺(tái) 懸臂梁 參數(shù)化 a n s y s 自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具研究 r e s e a r c ho f d e s i g nt 0 0 lf o rc a n t e v e r o ft h ej a c k u pp i a t f o r m a b s t r a c t i nt h ed e s i g np r o c e s so ft h ej a c k u pp l a t f o r m t h ed e s i g no fc a n t i l e v e rb e a mi sv e r y i m p o r t a n tf o rt h eg l o b a lo p e r a t i o n a lc a p a c i t yo ft h ep l a t f o r m d u r i n gt h ep l a t f o r m sd e s i g n t h eg l o b a ld e s i g ns c h e m en e e d st ob em o d i f i e dd u et om a n yf a c t o r s t h ep l a t f o r ma l s on e e d st o b em o d i f i e d s ot h ec a n t i l e v e rb e a mn e e d st ob em o d i f i e di ns i z e 1 1 l es t r u c t u r a lc a l c u l a t i o n a n dv e r i f i c a t i o nm u s tb em a d ef o re a c hr e v i s i n g t h em o s tr e l i a b l eo fs t r u c t u r a lc a l c u l a t i o ni s t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sp r o g r a m i ti sac o m p l e xa n dt i m e c o n s u m i n gw o r kt oe s t a b l i s ht h e 矗n i t ce l e m e n ts t r u c t u r a lm o d e lo f 也ec a n t i l e v e ra n di tw i i ib et r e m e n d o u sw o r k l o a di ft h e d e s i g nm o d e lf r e q u e n tc h a n g e s a c c o r d i n g l yi tw i l lb eo fs i g n i f i c a n c et os t u d ya n dd e v e l o pa t o o lw h i c hc a l lm a k ep a r a m e t e r sd e s i g n f i n i t ee l e m e n tm o d e l i n g l o a d i n g a n a l y s i sa n d g e n e r a t i n gg r a p h i c sa n ds oo i l t os o l v et h ea b o v ep r o b l e m t h ew r i t e rd o e ss o m er e s e a r c hi nt h ec r e a t i o no fp a r a m e t r i c m o d e l i n ga n dd r a w i n gg r a p h i c sf o rt h ec a n t i l e v e ro fj a c k u pp l a t f o r mb a s e do nv b 6 0 n c w r i t e rm a d ea c h i e v e m e n to fv i s u a l i z a t i o no fas y s t e mo fi n p u tp a r a m e t e r s t h em a i nc o n t e n t s a r ea sf o l l o w i n g 1s o m er e s e a r c h e sw e r em a d ea m o n gt h el e n g t ho ft h ed r i l l i n ga r e a t h ec o n n e c t i n ga r e a a n dt h ed e c ka n dt h em u t u a ll o c a t i o no ft h ec o m m 0 1 f r a m e w o r ka n dt h es t r e n g t h e n e d f r a m e w o r k a n dt h ep a r a m e t r i cm o d e l i n gw a ss u c c e e d e di nt h e m mr e l a t i o n s h i p sw e r e a n a l y z e da b o u tv a r i o u sd i m e n s i o n so ft h ec a n t i l e v e r a n ds o m ep a r a m e t e r sw h i c hi n f l u e n c eo n t h ec a n t i l e v e rm o s t l yw e r ef o u n d t h ef o r c e sa n dc o n s t r a i n t so ft h ec a n t i l e v e rw h i c hw a si n d i f f e r e n to v e r h a n g sa n dt r a n s v e r s e sw e r es t u d i e d a n dt h ep a r a m e t r i cl o a d i n gw a sa l s o s u c c e e d e di nt h e m 2a s y s t e mw a ss u c c e e d e do nt h eb a s i so ft h ec a n t i l e v e rs t r u c t u r eo fn h 4p l a t f o r ma n d a n s y ss o f t w a r e w h i c hc a nm a k et h eu s e ri n p u tl c s sp a r a m e t e r sa n dg e n e r a t et h cc a n t i l e v e r m o d e l i n ga n dl o a d i n go r d e rf l o wr a p i d l y t h e ni t c a l la n s y s 刪a n a l y s i sc o m p u t a t i o n f i n a l l y t h er e s u l t sc a nb ee x t r a c t e df r o mt h ea n a l y s i s 3t h es y s t e mc a nc a l lt h ea u t o c a dt h r o u g ho l eb a s e do nv b 6 0 i ta l s oc a l lg e n e r a t e t h et h r e e v i e wg r a p h i c so ft h ec a n t i l e v e ra n do t h e rg r a p h i c sq u i c k l y i nt h i sp a p e r o nt h et h i n k i n go fp a r a m e t r i cm o d e l i n g a n a l y s i sa n dm a p p i n g t h ee n t i r e p a r a m e t e rm o d e lo f t h ec a n t i l e v e rw a se s t a b l i s h e d s ot h a tt h ed e s i g n e rc a l lc o m p l e t et h ef i n i t e 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 e l e m e n tm o d e la n dt h ee n t i r e m a p p i n gw o r kb ym a k i n gs o m em o d i f i c a t i o n o fs o m e p a r a m e t e r s i tc a l lr e d u c et h ew o r k l o a do ft h ed e s i g n e rg r e a t l y k e yw o r d s j a c k u pp l a t f o r m c a n t i l e v e r p a r a m e t r i c a n s y s 獨(dú)創(chuàng)性說明 作者鄭重聲明 本碩士學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 也不包含為獲得大連理 工大學(xué)或者其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料 與我一同工作的同志 對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解 大連理工大學(xué)碩士 博士學(xué)位 論文版權(quán)使用規(guī)定 同意大連理工大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送 交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)大連理 工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 也 可采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文 作 李靈 新虢邀僻 型墮年 l 月 日 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 1 1 論文背景及意義 隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步 人類對(duì)于能源的需求也愈來愈大 石油工業(yè)是能源 工業(yè)中最主要的組成部分 當(dāng)陸上油氣資源經(jīng)過長(zhǎng)期 大規(guī)模開發(fā)之后 世界范圍內(nèi)的 油氣勘探與開發(fā)己轉(zhuǎn)向了占地球表面7 1 左右的海洋 并逐漸形成了投資高 風(fēng)險(xiǎn)大 高技術(shù)密集的能源工業(yè)新領(lǐng)域 目前 世界上已經(jīng)被證實(shí)的石油儲(chǔ)量中海洋石油占5 0 預(yù)計(jì)到2 0 1 5 年海洋石油產(chǎn)量將占世界石油總產(chǎn)量的3 9 我國海域遼闊 其中大陸架面 積約有1 1 0 萬平方公里 渤海 黃海 東海和南海都有大面積的沉積盒地 其中具有油 氣勘探價(jià)值的面積在6 0 萬平方公里以上 近海海域累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量為2 4 i 億噸 近海石油儲(chǔ)量可達(dá)5 0 1 5 0 億噸 這是我國海上石油天然氣開發(fā)的豐富資源基礎(chǔ) 海洋 平臺(tái)是海洋石油天然氣資源開發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施 是海上生產(chǎn)作業(yè)和生活的基地 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(chǎng)所 海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)和建造水平 在一定 程度上標(biāo)志著海上石油的開發(fā)水平 自上世紀(jì)4 0 年代后期第一座鋼質(zhì)海洋石油鉆井平 臺(tái)在墨西哥灣建成投產(chǎn)以來 海洋平臺(tái)的發(fā)展經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程 平臺(tái)的建筑 材料從木材到鋼材 到鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)形式從固定式到移動(dòng)式等多種結(jié)構(gòu)形式 作業(yè) 水深2 3 米 發(fā)展到幾百米 甚至近千米 海洋平臺(tái) 哪大體上可以分為移動(dòng)式平臺(tái)和固定式平臺(tái)兩大類 移動(dòng)式平臺(tái)包括坐底 式平臺(tái) 自升式平臺(tái) 半潛式平臺(tái)和鉆井船 固定式平臺(tái)包括鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺(tái) 混凝土 重力式平臺(tái) 張力腿式平臺(tái)和牽索塔式平臺(tái) 早期的平臺(tái)都是固定式平臺(tái) 1 8 9 6 年 美 國人以棧橋連陸方式在加利福尼亞距海岸2 0 0 多米處打出了第一口海上油井 它標(biāo)志著 海上石油工業(yè)的誕生 到了2 0 世紀(jì)4 0 年代 第一臺(tái)專門用于海上石油鉆探開采的平臺(tái) 建成 雖然此平臺(tái)的工作水深只有7 米 但是這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步卻使海上石油工業(yè)出現(xiàn)突飛 猛進(jìn)的發(fā)展 到1 9 7 9 年全世界近海己有7 0 0 0 余座固定式海洋石油鉆探生產(chǎn)平臺(tái) 第二 次世界大戰(zhàn)后 海洋石油鉆探開采技術(shù)突飛猛進(jìn) 可開發(fā)深度越來越大 并能在各種復(fù) 雜的海況情況下開采石油 2 0 世紀(jì)5 0 年代以后 研制成功各種移動(dòng)式鉆井平臺(tái) 克服 了固定式平臺(tái)不能重復(fù)使用的缺點(diǎn) 并大大增加了工作水深 移動(dòng)式海洋石油鉆井設(shè)備 擁有自己的浮力結(jié)構(gòu) 可以用拖船拖航 有的還擁有自己的動(dòng)力設(shè)備 可以自航 進(jìn)入 2 0 世紀(jì)7 0 年代 海上石油平臺(tái)的數(shù)量猛增 特別是半潛式平臺(tái) 1 9 6 5 年還只有7 0 臺(tái) 截至2 0 0 1 年3 月浮動(dòng)石油平臺(tái)已超過6 0 0 臺(tái) 遍布世界各個(gè)沿海地區(qū)域 統(tǒng)計(jì)分析 自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具研究 大約4 1 2 6 7 座 的海洋石油平臺(tái)的年齡超過2 0 年 其中相當(dāng)一部分將在未來5 年內(nèi) 更新 即每年大約需要更新5 0 余座海洋油氣平臺(tái) 據(jù)研究表明 海上石油天然氣資源主要存在于大陸架 由大陸架 大陸坡和大陸隆 三部分組成的大陸邊緣占海洋總面積2 5 大陸架一般是指由陸地向外延伸到水深2 0 0 米左右的海域 大陸坡由大陸架向外延伸到水深2 5 0 0 米處 大陸隆則由大陸坡再向外延 伸到4 5 0 0 米水深 根據(jù)石油天然氣生成于沉積巖的正確假設(shè) 油氣生成取決于沉積層 的厚度 大陸邊緣的沉積層厚達(dá)數(shù)千米 它們的油氣潛在資源比深海海底大得多 據(jù)專 家估計(jì) 大陸邊緣含有的油氣潛在資源占海底總的油氣資源的9 9 而深海海底沉積中 只占1 自升式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)最適于在中淺深度海域工作 又由于自升式平臺(tái) 具有所需鋼材少 造價(jià)低 在各種海況下都能平穩(wěn)進(jìn)行鉆井工作等優(yōu)點(diǎn) 因而在海上石 油開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用 據(jù)資料預(yù)測(cè) 未來5 年海洋油氣開發(fā)將繼續(xù)保持活躍 海洋油 氣平臺(tái)的需求也將保持較高的水平 常規(guī)懸臂自升式平臺(tái)市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)出繁榮的景 象 1 2 海洋平臺(tái)研究現(xiàn)狀 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在服役期間要承受復(fù)雜的載荷 各種結(jié)構(gòu)失效造成的平臺(tái)事故損失嚴(yán) 重 為了使昂貴的平臺(tái)能安全長(zhǎng)期地運(yùn)營 對(duì)海洋平臺(tái)諸多方面的研究白海洋平臺(tái)出現(xiàn) 以來就不斷地進(jìn)行著 對(duì)于海洋平臺(tái)所受載荷研究 主要集中在風(fēng) 浪 流等環(huán)境載荷上 而波浪載荷也 是研究的重點(diǎn) o 波浪載荷與波浪理論密切相關(guān) 常用的波浪理論有線性波理論 坦谷 波理論和橢圓余弦波理論 而在海洋工程界采用更多的則是s t o k e s 發(fā)展的有限波幅理論 嘲 自從1 9 5 1 年m o r i s o n 和他的同事們?cè)诖罅吭囼?yàn)與理論研究基礎(chǔ)上提出著名的m o r i s o n 公式計(jì)算平臺(tái)樁腿波浪力以來 一直沿用至今m 關(guān)于海洋平臺(tái)波浪響應(yīng)的研究進(jìn)行的 也很多 d a r i ob o o t c 等分析了海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在非線性時(shí)域內(nèi)的響應(yīng) 并利用a n s y s 非 線性有限元模型計(jì)算了平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度和剩余強(qiáng)度 g j g r u n d l e h n c r 研究了 處于升船狀態(tài)的自升式平臺(tái) 在典型惡劣深水海況下的動(dòng)力響應(yīng) 結(jié)果顯示動(dòng)力響應(yīng)的 不確定性主要與波峰模型 m o r i s o n 公式和阻尼有關(guān) 英國n a j a f i a n 嘲等用隨機(jī)抽樣 技術(shù)對(duì)波浪和流作用下海洋結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的概率分布進(jìn)行了研究 不僅分析了幾個(gè)實(shí)際 平臺(tái)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 而且對(duì)群樁結(jié)構(gòu)的隨機(jī)響應(yīng)進(jìn)行了抽樣分析 得到了各參數(shù)的概率分 布 荷蘭k a r a d c n i z 啪1 對(duì)波浪和地震載荷聯(lián)合作用下海洋結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了譜分析 首 先對(duì)波浪和地面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了隨機(jī)描述 即波浪譜和地震的表示形式 然后對(duì)結(jié)構(gòu)的水動(dòng) 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 力阻尼和附加質(zhì)量及波浪和地震力在頻譜內(nèi)作了數(shù)學(xué)描述 最后得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和 運(yùn)動(dòng)響應(yīng) h a n n t t 和m u l l a r k e y 柚 應(yīng)用譜分析技術(shù) 對(duì)大型導(dǎo)管架平臺(tái)的隨機(jī)響應(yīng)問 題進(jìn)行了研究 與有限元分析技術(shù)結(jié)合 建立平臺(tái)的剛度陣 質(zhì)量陣 將平臺(tái)模擬成空 間剛架結(jié)構(gòu) 每個(gè)構(gòu)件為三維梁?jiǎn)卧?并考慮了剪切力的影響 h 如和b e n a r o y a 1 采用 p m 譜和m o r o n 方程建立隨機(jī)波浪力計(jì)算模型 并比較了順應(yīng)式海洋平臺(tái)在被模擬成 線性 非線性兩種模型的情況下對(duì)隨機(jī)波浪的響應(yīng) 在平臺(tái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算方面 有限元分析方法日趨成熟 戴大農(nóng)等采用三維等參元 和三維相對(duì)自由度殼元的組合模型和予結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)海洋平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行了有限 元分析 在整體結(jié)構(gòu)有限元分析中 由于構(gòu)件眾多 經(jīng)常采用等效剛度法 將實(shí)際結(jié) 構(gòu)中的組合型材簡(jiǎn)化成剛度等效的梁?jiǎn)卧?等效梁 歐進(jìn)萍 等采用實(shí)測(cè)冰壓力時(shí) 程 對(duì)渤海遼東灣北部的j 乙2 0 2m u q 平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了冰振反應(yīng)分析 計(jì)算了不同設(shè)計(jì) 冰厚 不同作用方向和標(biāo)高及平臺(tái)樁腿有無正倒錐體的結(jié)構(gòu)反應(yīng) 探討了正倒錐體對(duì)減 輕冰力和結(jié)構(gòu)反應(yīng)的作用 曲月霞和王永學(xué) 假定冰厚為具有對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變 量 并考慮了冰的剛度 破碎長(zhǎng)度及清除應(yīng)力隨冰厚的變化 建立了海冰與近海結(jié)構(gòu)物 動(dòng)力相互作用的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型 分析了冰和結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)對(duì)海冰作用下平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng) 的影響 對(duì)不同動(dòng)力特性的導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型 進(jìn)行了海冰作用下結(jié)構(gòu)自激振動(dòng) 響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算 張運(yùn)良 對(duì)冰荷載作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合評(píng)述 屈曲也是結(jié)構(gòu)的主要失效模式之一 關(guān)于等值梁和矩形板的屈曲已經(jīng)有了精確解 2 關(guān)于類似平臺(tái)甲板單層板格屈曲和后屈曲的研究也非常活躍 s h a n m u g a m 等對(duì)受軸 向和橫向壓力作用的四邊簡(jiǎn)支加筋板的屆曲進(jìn)行了試驗(yàn)研究 結(jié)果表明隨著板柔度的增 加 加筋板的極限承載能力下降的非?？斐?我國學(xué)者王震鳴等探討了有缺陷金屬和復(fù) 合材料加筋板殼的面板在局部屈曲前后的有效剛度問題 給出了加筋板在外載荷作用下 面板先發(fā)生局部屈曲 或局部屈曲載荷與整體屈曲載荷相近時(shí)承載能力的近似計(jì)算方 法 指出了提高加筋板殼承載能力的主要途徑矧 王永軍 崔維成利用e p m 法的基本思 想推導(dǎo)了船體平板和加筋板格在聯(lián)合載荷作用下的壓縮極限強(qiáng)度計(jì)算公式 公式中考慮 了殘余應(yīng)力和初始撓度的影響咖 a n t o m 0 0 f m a t e u s 等利用非線性有限元分析方法研究 了典型船舶與海洋工程板架結(jié)構(gòu)的屈曲與后屈曲行為 分析中重點(diǎn)考慮了腐蝕的影響 陸 據(jù)統(tǒng)計(jì) 在金屬機(jī)械結(jié)構(gòu)的斷裂事故中 有8 0 以上是由疲勞引起的 疲勞破壞也 是船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)主要的失效模式之一 對(duì)于船舶結(jié)構(gòu)的疲勞問題 在二十世紀(jì)六 十年代就己引起造船界的關(guān)注 而人們對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的疲勞研究則要更早一些 1 9 8 0 年舢e x 札d e rk e v l a i l d 號(hào)半潛式平臺(tái)在北海翻沉 造成一百余人葬身海底 調(diào)查分析的 自升式平臺(tái)懸臂粱設(shè)計(jì)工具研究 結(jié)果表明 結(jié)構(gòu)的疲勞是事故的重要原因之一 由于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)疲勞破壞的事故時(shí)有 發(fā)生 并且造成巨大的損失 因而海洋工程結(jié)構(gòu)的疲勞破壞日益引起重視 目前世界各 主要船級(jí)社的平臺(tái)建造與入級(jí)規(guī)范都建立了各自的疲勞強(qiáng)度校核方法與許用應(yīng)力范圍 衡準(zhǔn) 在船舶與海洋工程界中 關(guān)于結(jié)構(gòu)的疲勞破壞進(jìn)行了大量的研究 在對(duì)結(jié)構(gòu)的 疲勞損傷和壽命估算中 通常采用m i n e r 線性累積損傷理論和s n 曲線來計(jì)算 并通過 試驗(yàn)總結(jié)出一些規(guī)律 近年來 斷裂力學(xué)的方法在疲勞分析中的應(yīng)用越來越廣泛 丁 克勤 柳春圖等利用斷裂力學(xué)方法對(duì)海洋平臺(tái)用鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了系統(tǒng)研究 在 試驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出確定裂紋擴(kuò)展曲線的快速方法 7 鲞 早期的疲勞分析都是在確定性的意義上進(jìn)行的 認(rèn)為計(jì)算的有關(guān)參量都有確定的數(shù) 值 但事實(shí)上海洋工程結(jié)構(gòu)的疲勞是一個(gè)受大量不確定因素影響的復(fù)雜現(xiàn)象 而且大多 數(shù)影響因素從本質(zhì)上講是隨機(jī)的嘲 例如 由海浪無規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的波浪載荷是隨機(jī)的 由材料性能的分散性和材料性能測(cè)試過程中不確定性因素得到的結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度是隨機(jī) 的 另外在疲勞計(jì)算中由假設(shè)和簡(jiǎn)化造成的計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)真實(shí)內(nèi)力之間的誤差也是隨 機(jī)的 后來雖然引入p s n 曲線方法 但它只是對(duì)確定性方法的局部改進(jìn) 隨著認(rèn)識(shí)的 深入和科技的進(jìn)步 可靠性理論在結(jié)構(gòu)的疲勞分析中的應(yīng)用飛速發(fā)展 朱啟憲從實(shí)用的 觀點(diǎn)敘述了有關(guān)海洋平臺(tái)可靠性設(shè)計(jì)的主要問題和采用可靠性安全系數(shù)法的主要步驟 c g u e d e ss o a r e s 等對(duì)含有多裂紋結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性進(jìn)行了研究 并分析了裂紋初始擴(kuò) 展時(shí)間與初始裂紋長(zhǎng)度對(duì)可靠度的影響 1 3 自升式平臺(tái)及懸臂梁結(jié)構(gòu) 1 3 1 自升式平臺(tái) 自升式平臺(tái)產(chǎn)生于1 9 5 1 年 目前在世界范圍內(nèi)具有最為廣泛的應(yīng)用 數(shù)量不斷攀 升 在移動(dòng)式平臺(tái)家族中占據(jù)主要地位 自升式平臺(tái)數(shù)量隨年份的變化的趨勢(shì)見圖1 1 據(jù)r i gl o c a t o r 的調(diào)查報(bào)告表明 截至1 9 9 9 年底 太平洋及中東地區(qū)的移動(dòng)式鉆井 裝置共1 6 5 座 其中自升式平臺(tái)1 3 5 座 占總數(shù)的百分之八十以上 1 9 9 9 年在建的3 0 座平臺(tái)中 有1 0 座是自升式平臺(tái) 一4 一 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 1 自升式平臺(tái)數(shù)量隨年份變化圖 f i g 1 1t h e c o u n t c h a n g e db y y e a r o f j a c k u p s 自升式平臺(tái)由平臺(tái)主體 樁腿和升降機(jī)構(gòu)三部分組成 平臺(tái)主體的平面形狀一般有三角形 三樁腿 矩形 四樁腿 和五角形 五樁腿 等 平 臺(tái)主體通常是一個(gè)具有單層底或雙層底的單甲板箱形結(jié)構(gòu) 其內(nèi)部根據(jù)作業(yè) 布置和強(qiáng) 度要求設(shè)有縱艙壁和橫艙壁 但在樁腿之間的連線上必須設(shè)置強(qiáng)力艙壁作為平臺(tái)主體的 主桁材 樁腿的作用主要是在平臺(tái)主體升起后支撐平臺(tái)的全部重量 并把載荷傳至海底 樁 腿的結(jié)構(gòu)形式分為殼體式和桁架式兩類 殼體式樁腿由鋼板焊接成封閉形的結(jié)構(gòu) 其橫 斷面有圓形和方形兩種 早期的自升式平臺(tái)樁腿多為圓柱殼體 為配合升降裝置 樁腿 上有的設(shè)有銷孔 有的裝有齒條 殼體式樁腿一般用于工作水深6 0 7 0 m 以下 深水的 自升式平臺(tái)都采用析架式樁腿 析架式樁腿由弦桿 斜撐桿和水平撐桿組成 在弦桿上 裝有齒條 為適應(yīng)海底地貌和土質(zhì)的不同情況 樁腿下端可設(shè)計(jì)成單獨(dú)帶樁腿箱 亦稱 樁靴 早期的自升式平臺(tái)也有設(shè)計(jì)成整體沉墊的形式 升降裝置裝在平臺(tái)主體和樁腿的交接處 升降機(jī)構(gòu)能使樁腿和平臺(tái)主體實(shí)現(xiàn)上下相 對(duì)運(yùn)動(dòng) 或把平臺(tái)主體固定于樁腿的某一位置 升降裝置常用的有電動(dòng)液壓式和電動(dòng)齒 輪齒條式兩類 電動(dòng)液壓升降裝置常用于殼體式樁腿 它利用液壓缸中活塞桿的伸縮帶 動(dòng)環(huán)梁上下運(yùn)動(dòng) 并利用鎖銷將環(huán)梁和樁腿鎖緊而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和樁腿的相互運(yùn)動(dòng) 電動(dòng)齒 輪齒條升降裝置常用于彬架式樁腿 它由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) 使齒輪與 樁腿上的齒條嚙合而完成平臺(tái)主體與樁腿之間的相互運(yùn)動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí) 則可把平臺(tái)主體固定于樁腿的某一位置 自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具研究 1 3 2 懸臂梁結(jié)構(gòu) 自升式平臺(tái)依據(jù)平臺(tái)鉆井區(qū)域結(jié)構(gòu)形式的不同可分為槽口式自升式平臺(tái)和懸臂梁 式自升式平臺(tái) 槽口式平臺(tái)在主體的尾端開有槽口 鉆臺(tái)及井架位于井口槽的上面 鉆 臺(tái)上的鉆桿向下通過井口槽到達(dá)海底 懸臂梁式平臺(tái)不在主體結(jié)構(gòu)上開槽 但在甲板上 設(shè)有兩道相互平行的鋼梁 鉆臺(tái)及井架安置在鋼梁上 鋼梁可在滑軌上移動(dòng)并連同鉆臺(tái) 及井架一起伸向平臺(tái)尾端舷外 成為懸臂式結(jié)構(gòu) 相比之下 懸臂式平臺(tái)不僅可以鉆勘 探井 還可以鉆生產(chǎn)井 也可進(jìn)行修井作業(yè) 而且井架活動(dòng)范圍大 每次插樁作業(yè)鉆井 數(shù)量多 因此比槽口式平臺(tái)具有更高的效率 不過 懸臂梁的載荷受強(qiáng)度的限制比較大 懸臂梁結(jié)構(gòu)大體上分為三個(gè)區(qū)域 鉆臺(tái)區(qū) 鋪管甲板區(qū)和中間區(qū) 懸臂梁結(jié)構(gòu)按照 其腹板形式可分為兩種 一種為單腹板結(jié)構(gòu)形式 如南海4 號(hào)和9 4 1 鉆井平臺(tái)的懸臂梁 如圖1 2 還有一種為雙腹板結(jié)構(gòu)形式 如三角懸臂輕型自升鉆井平臺(tái)的懸臂梁 其典 型橫剖面如圖1 3 i 圖1 2 南4 平臺(tái)懸臂梁典型橫剖面圖 f i g 1 2t h e b o d y p l a n o f t h ec a n t i l e v e r o f n h 4 圖1 3 三角懸臂輕型自升鉆井平臺(tái)的懸臂粱 f i g 1 3t h e b o d y p l a no f t h ec a n t i l e v e r o f s a n j i a o 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 本文研究工作及主要內(nèi)容 本文通過對(duì)自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具的研究 建立了懸臂梁的參數(shù)化設(shè)計(jì)模型及 繪圖程序 主要研究?jī)?nèi)容分為三部分 1 懸臂梁參數(shù)化有限元分析 是設(shè)計(jì)工具的主要組成部分 該部分研究分析了懸 臂梁的主要組成部分和結(jié)構(gòu) 利用a n s y s 的二次開發(fā)語言a p d l 建立了懸臂梁參數(shù)化 的建模 加載 求解 后處理報(bào)告生成等一系列過程 2 基于a u t o c a d 二次開發(fā)的懸臂梁參數(shù)化繪圖 是懸臂梁設(shè)計(jì)工具的重要組成部 分 由于懸臂梁在設(shè)計(jì)過程中 其尺寸受到許多因素的影響而不斷改變 如果用手工繪 圖 其工作量是巨大而繁瑣的 這就決定了參數(shù)化繪圖的必要性 3 懸臂梁設(shè)計(jì)工具的實(shí)現(xiàn) 在懸臂梁設(shè)計(jì)過程中 設(shè)計(jì)者不僅需要盡快看到懸臂 梁的設(shè)計(jì)圖紙 還需要盡快知道目前這個(gè)方案的有限元分析的結(jié)果 以便設(shè)計(jì)者盡快做 出決策 這就需要將有限元分析和繪圖能夠?qū)崿F(xiàn)一體化運(yùn)行 使設(shè)計(jì)工作的功能更加齊 全 自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具研究 2 a n s y s 軟件及分析步驟 2 1 a n s y s 軟件介紹 a n s y s 是用于計(jì)算機(jī)輔助工程的有限元分析程序 該程序是一個(gè)功能強(qiáng)大靈活的 設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包 它可在大多數(shù)計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)上運(yùn)行 它的文件可在其所有 的產(chǎn)品系列和工作平臺(tái)上兼容 在p c 機(jī)上生成的模型同樣可運(yùn)行于巨型機(jī)上 a n s y s 有近三十年的發(fā)展歷史 經(jīng)過多年的發(fā)展 目前已有許多國際化大公司以 a n s y s 軟件作為其標(biāo)準(zhǔn) a n s y s 的用戶包括未來雜志 g l o b a l l 0 0 中排名前十位的工 業(yè)公司 a n s y s 程序一直在不斷地進(jìn)行發(fā)展 其逐漸增加的功能具體如下 結(jié)構(gòu)高度 非線性分析 電磁分析 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析 設(shè)計(jì)優(yōu)化 接觸分析 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分 大應(yīng)變和有限轉(zhuǎn)動(dòng)功能以及利用a n s y s 參數(shù)設(shè)計(jì)語言 a p d l 的擴(kuò)展宏命令功能 其菜 單系統(tǒng)使用戶能夠通過對(duì)話框 下拉式菜單和子菜單進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇 為用戶 使用a n s y s 提供了導(dǎo)航 實(shí)體建模特性包括基于n u r b s 的幾何表示法 幾何體素及 布爾運(yùn)算 a n s y s 可浮動(dòng)運(yùn)行于從p c 機(jī) n t 工作站 u n i x 工作站直至巨型機(jī)的各類計(jì)算 機(jī)及操作系統(tǒng)中 數(shù)據(jù)文件在其所有的產(chǎn)品系列和工作平臺(tái)均兼容 其多物理耦合的功 能 允許在同一模型上進(jìn)行各式各樣的耦合計(jì)算 如 熱 結(jié)構(gòu)耦合 磁 結(jié)構(gòu)耦合以及 電 磁 流體 熱耦合等 在p c 機(jī)上生成的模型同樣可運(yùn)行于巨型機(jī)上 這樣就保證了所 有的a n s y s 用戶的多領(lǐng)域多變工程問題的求解 a n s y s 軟件能與大多數(shù)c a d 軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交換 利用a n s y s 的數(shù)據(jù)接口 可精確地將在c a d 系統(tǒng)下生成的幾何數(shù)據(jù)傳如a n s y s 如p r o e n g l n e e r n a s t r a n i d e a s 和a u t o c a d 等 并通過必要的修補(bǔ)可準(zhǔn)確地在該模型上劃分網(wǎng)格并求解 這樣 可以節(jié)省用戶在創(chuàng)建模型過程中所花費(fèi)的大量時(shí)間 極大地提高工作效率 2 2a n s y s 分析步驟 a n s y s 軟件叫含有多種有限元分析的能力 包括從堅(jiān)定線性靜態(tài)分析到復(fù)雜非線性 動(dòng)態(tài)分析 一個(gè)動(dòng)態(tài)的a n s y s 分析過程可分為以下三個(gè)步驟 1 創(chuàng)建有限元模型 2 施加載荷進(jìn)行求解 3 查看分析結(jié)果 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 a n s y s 軟件的強(qiáng)大與其有著很多的模塊應(yīng)用有很大的關(guān)系 其模塊化結(jié)果如圖2 1 所示 圖2 1a n s y s 程序的模塊化結(jié)構(gòu) f i g 2 1 t h em o d u l a r i z e ds t r u c t u r eo f a n s y s 2 2 1 前處理模塊 a n s y s 軟件的前處理模塊主要實(shí)現(xiàn)三種功能 參數(shù)定義 實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分 1 參數(shù)定義 a n s y s 程序在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模的過程中 首先要對(duì)所有被建模型的材料進(jìn)行參數(shù)定 義 包括定義使用單位制 定義所使用單元的類型 定義單元的實(shí)常數(shù) 定義材料的特 性以及使用材料庫文件等 在單位制的指定中 a n s y s 并沒有為分析指定固定的系統(tǒng)單位 除了磁場(chǎng)分析外 可以使用任意一種單位制 只要保證輸入的所有數(shù)據(jù)都是使用同一單位制里的單位即 可 單元類型的定義是結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分的必要前提 a n s y s 程序根據(jù)所定義的單元 類型進(jìn)行實(shí)際的網(wǎng)格劃分 而單元實(shí)常數(shù)的確定也依賴于單元類型的特性 材料的特性是針對(duì)每一種材料的性質(zhì)參數(shù) 例如在對(duì)材料進(jìn)行線性分析的過程中 首先要知道這種材料的彈性模量和泊松比 在一個(gè)分析過程中 可能有多個(gè)材料特性組 自升式平臺(tái)懸臂梁設(shè)計(jì)工具研究 每一組材料特性有一個(gè)材料參考號(hào) a n s y s 通過獨(dú)特的參考號(hào)碼來識(shí)別每一個(gè)材料特 性組 對(duì)于每一有限單元分析 盡管可以分別定義材料特性 a n s y s 程序允許用戶將一 材料特性設(shè)置存儲(chǔ)進(jìn)一個(gè)檔案材料庫文件 然后 在多個(gè)分析中取出該設(shè)置重復(fù)使用 這樣可以大大提高工作效率 2 實(shí)體建模 在實(shí)體建模過程中 a n s y s 程序提供了兩種方法 從高級(jí)到低級(jí)的建模與低級(jí)到 高級(jí)的建模 對(duì)于一個(gè)有限元模型 圖元的登記從低到高分別是 點(diǎn) 線 面和體 a n s y s 程 序提供了很多高級(jí)圖元的建立 如球體 圓柱等 當(dāng)用戶直徑構(gòu)建高級(jí)圖元時(shí) 程序則 自動(dòng)定義相關(guān)的低級(jí)圖元 面 線和關(guān)鍵點(diǎn) 此外 用戶也可以先定義點(diǎn) 線 面 然 后由所定義的圖元生成體 無論用戶采用哪種方式建模 都需要進(jìn)行布爾操作來組合結(jié) 構(gòu)數(shù)據(jù) 以構(gòu)建用戶想要得到的模型 例如加運(yùn)算 減運(yùn)算 相交 刪除 重疊和粘貼 等 3 網(wǎng)格劃分 a n s y s 系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分功能十分強(qiáng)大 使用起來十分便捷 從使用選擇的角度來 講 程序的網(wǎng)格劃分系統(tǒng)可以分為系統(tǒng)智能劃分和仍選擇劃分兩種 從網(wǎng)格劃分的功能 來講 則包括四種劃分方式 延伸劃分 映像劃分 自由劃分和自適應(yīng)劃分 延伸劃分 是將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格單元 映像網(wǎng)格劃分則是將一個(gè)幾何模型分解成 為幾部分 然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格空值 分布加以劃分生成映像網(wǎng)格 a n s y s 程序提供了六面體 四面體和三角形的映像網(wǎng)格劃分 自由劃分是由a n s y s 程序的網(wǎng) 格自由劃分器來實(shí)現(xiàn)的 通過這種劃分可以避免不同組件在裝配過程中網(wǎng)格不匹配帶來 的問題 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在產(chǎn)生了具有了邊界條件的實(shí)體模型以后 用戶指示程序自 動(dòng)產(chǎn)生有限元網(wǎng)格 分析 估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差 然后重新定義網(wǎng)格大小 再次分析計(jì) 算 估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差 直至誤差低于用戶定義的值或者達(dá)到用戶定義的求解次數(shù) 2 2 2 求解模塊 求解模塊是程序用來完成對(duì)已經(jīng)生成的有限元模型進(jìn)行力學(xué)分析和有限元求解的 在此階段 用戶可以定義分析類型 分析選項(xiàng) 載荷數(shù)據(jù)和載荷布選項(xiàng) 1 定義分析類型和分析選項(xiàng) 用戶可以根據(jù)所施加載荷條件和所要計(jì)算的響應(yīng)來選擇分析類型 例如 要計(jì)算固 有頻率和模態(tài) 就必須選擇模態(tài)分析 在a n s y s 程序中 可以進(jìn)行下列類型的分析 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 靜態(tài) 或穩(wěn)態(tài) 瞬態(tài) 調(diào)諧 模態(tài) 譜 撓度和子機(jī)構(gòu) 另外 有一點(diǎn)要說明的是 并 不是所有分析類型對(duì)所有的學(xué)科都有效 例如 模態(tài)分析對(duì)于熱力模型無效 分析選項(xiàng)允許用戶自定義分析類型 典型的分析選項(xiàng)是求解的方法 應(yīng)力硬化的打 開和關(guān)閉以及n e w t o n r a p h s o n 選擇 2 載荷 一般所謂的載荷應(yīng)該包括邊界條件 約束 支承或邊界條件場(chǎng)的參數(shù) 和其他外部或 內(nèi)部作用載荷 在a n s y s 程序中 載荷分為六類 d o f 約束 力 表面分布載荷 體積載荷 慣性載荷 耦合場(chǎng)載荷 另外 還要注意與載荷相關(guān)的兩個(gè)重要術(shù)語 載荷步和子步 載荷步僅僅指可求得 解的載荷配置 例如 在結(jié)構(gòu)分析中 可以將風(fēng)載荷施加于第一個(gè)載荷步 第二個(gè)載荷 步施加重力等 載荷步對(duì)于將一個(gè)瞬態(tài)載荷歷程曲線劃分成幾段也是有用的 子步是指 一個(gè)載荷步中增加的步長(zhǎng) 主要是為了瞬態(tài)分析或非線性分析中提高分析精度和收斂 子步也稱時(shí)間步 代表一段時(shí)間 3 指定載荷步 載荷步選項(xiàng)是用于更改載荷步的選項(xiàng) 如子步數(shù) 載荷步的結(jié)束時(shí)間和輸出控制 根據(jù)所作分析的選項(xiàng) 載荷步選項(xiàng)可有可無 a n s y s 提供的分析類型如下幾種 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來求解外載荷引起的位移 應(yīng)力和力 靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的 影響并不顯著的問題 a n s y s 程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析 而且可以進(jìn) 行非線性分析 例如塑性 蠕變 膨脹 大變形及接觸問題的分析 結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析 結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響 相對(duì)于靜力分析 動(dòng)力分析要考慮載荷隨時(shí)間的變化以及阻尼和慣性影響 如旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的交變力 爆 炸產(chǎn)生的沖擊力 地震產(chǎn)生的隨機(jī)力等 a n s y s 可以進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析類型有 瞬 態(tài)動(dòng)力分析 模態(tài)分析 譜響應(yīng)分析以及隨即振動(dòng)響應(yīng)分析 結(jié)構(gòu)屈曲分析 自升式平臺(tái)懸臂粱設(shè)計(jì)工具研究 屈曲分析是用來確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的載荷大小與在特定的載荷下結(jié)構(gòu)是否失穩(wěn)的問題 a n s y s 中的穩(wěn)定性分析主要分為線性分析和非線性分析兩種 結(jié)構(gòu)非線性分析 結(jié)構(gòu)的非線性問題分為材料非線性 幾何非線性和單元非線性三種 在a n s y s 程 序中 可以求解靜態(tài)和瞬態(tài)的非線性問題 熱力學(xué)分析 熱力學(xué)分析主要包含三種類型 傳導(dǎo) 對(duì)流和輻射 a n s y s 程序?qū)崃W(xué)問題可 以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài) 線性和非線性分析 熱力學(xué)分析還可以進(jìn)行模擬材料的固化和熔解 過程的分析 以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的關(guān)系的耦合問題的分析 電磁場(chǎng)分析 電磁場(chǎng)分析主要可以完成以下幾類問題的分析 二維 三維靜態(tài)電磁場(chǎng)的分析 二 維 三維隨時(shí)間變化的低頻電磁場(chǎng)的分析 三維高頻電磁場(chǎng)的分析 以解決電磁場(chǎng)的相 關(guān)問題 如電容 電桿 渦流 電磁場(chǎng)分布 運(yùn)動(dòng)效應(yīng)等問題 主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī) 變 壓器 加速器 調(diào)制器等在電磁場(chǎng)作用下工作設(shè)備的設(shè)計(jì)和分析問題 聲場(chǎng)分析 聲學(xué)分析主要是用來研究在流體 氣體 流體等 介質(zhì)中聲音的傳播問題 以及在流 體介質(zhì)中固態(tài)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 壓電分析 壓電分析主要可以進(jìn)行靜態(tài)分析 模態(tài)分析 瞬態(tài)分析和諧波響應(yīng)分析 可用來研 究壓電材料結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷響應(yīng)特性 主要適用于諧振器 振蕩器 以及其他電子材料的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析 流體動(dòng)力分析 a n s y s 程序中的流體動(dòng)力分析功能用來分析二維 三維流體動(dòng)力場(chǎng)的問題 可以 進(jìn)行傳熱或絕熱 層流或湍流 壓縮或不可壓縮等問題的研究 主要用于超音速噴管中 的流程 使用混合流研究估計(jì)熱沖擊的可能性 彎管中流體的三維流動(dòng) 以及管路系統(tǒng) 中熱的層化和分離問題的設(shè)計(jì)和研究工作 2 2 3 后處理模塊 p o s t l 和p o s t 2 6 a n s y s 程序的后處理過程緊接在前處理和求解過程之后 它可以通過友好的用戶 界面 很容易地獲得求解過程的計(jì)算結(jié)果并對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算 例如 這些結(jié)果可能 包括位移 溫度 應(yīng)力 應(yīng)變 速度及熱流等 輸出形式有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種 交互式后處理過程中 圖形可聯(lián)機(jī)輸出到顯示設(shè)備上 也可以脫機(jī)輸出到繪圖儀上 由 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 于后處理階段完全同a n s y s 前處理和求解階段集成在一起 故求解結(jié)果已存于數(shù)據(jù)庫 且能立即查看 當(dāng)完成計(jì)算以后 可以通過后處理器查看結(jié)果 a n s y s 程序的后處理包含兩個(gè)部 分 通用后處理模塊 p o s t l 和時(shí)間歷程后處理模塊 p o s t 2 6 通過程序的菜單操作 可以很方便地獲得求解的計(jì)算結(jié)果 結(jié)構(gòu)文件的輸出形式有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表顯示兩 種 1 通用后處理模塊 p o s t l l 通用后處理器可以用于查看整個(gè)模塊或選定的部分模塊在某一子步 時(shí)間步 的結(jié) 果 可以獲得等值線顯示 變形形狀以及檢查和解釋分析的結(jié)果和列表 p o s t l 也提供 了很多其他的功能 包括誤差估計(jì) 載荷工況組合 結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算和路徑操作等 通 過單擊主菜單中的g e n e r a lp o s t p r o c 可以直接進(jìn)入到通用后處理模塊 2 時(shí)間歷程后處理模塊 p o s t 2 6 p o s t 2 6 為時(shí)間歷程后處理模塊 可用于查看模型的特定點(diǎn)在所有時(shí)間步內(nèi)的結(jié)果 可獲得結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間 或頻率 的關(guān)系的圖形曲線以及列表 如繪制位移 時(shí)間列表 應(yīng) 力 應(yīng)變曲線等 另外 p o s t 2 6 還具有其他的功能 可以進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算 變量之 間可以進(jìn)行加 減 乘 除運(yùn)算以產(chǎn)生新的曲線 也可以取絕對(duì)值 平方根 指數(shù) 對(duì) 數(shù) 以及求最大和最小值等 并且也可以求出曲線的微積分運(yùn)算 還能夠從時(shí)間歷程結(jié) 果中生成譜響應(yīng) 在求解階段 分析結(jié)果寫入a n s l 姻數(shù)據(jù)庫及結(jié)果文件 單個(gè)子步的結(jié)果作為數(shù)據(jù) 集存貯 每個(gè)數(shù)據(jù)集可用的數(shù)據(jù)量和類型由所完成的分析類型及求解階段設(shè)置的選項(xiàng)來 控制 對(duì)于某個(gè)分析的每一載荷步 用戶可指定每個(gè)子步 最終子步 或最終子步和中 間子步的組合寫數(shù)據(jù)集 用戶同樣可以選擇寫什么范圍的數(shù)據(jù)組 如位移 應(yīng)力及反作 用力 2 3 參數(shù)化設(shè)計(jì)語言 a p d l 2 3 i 什么是a p d l a n s y s 參數(shù)化設(shè)計(jì)語言 a n s y sp a r a m e t e rd e s i g nl a n g u a g e a p d l 是一門可 用來自動(dòng)完成有限元常規(guī)分析操作或通過參數(shù)化變量方式建立分析模型的腳本語言 用 建立智能化分析的手段為用戶提供自動(dòng)完成有限元分析過程 即程序的輸入可設(shè)定為根 據(jù)指定的函數(shù) 變量以及選用的分析類型來做決定 是完成優(yōu)化設(shè)計(jì)和自適應(yīng)網(wǎng)格的最 主要的基礎(chǔ) a p d l 允許復(fù)雜的數(shù)據(jù)輸入 使用戶實(shí)際上對(duì)任何設(shè)計(jì)或分析屬性有控制 權(quán) 如分析模型的尺寸 材料的性能 載荷 邊界條件施加的位置和網(wǎng)格的密度等 a p d l 自升式平臺(tái)懸臂粱設(shè)計(jì)工具研究 擴(kuò)展了傳統(tǒng)有限元分析的范圍 并擴(kuò)展了更高級(jí)運(yùn)算包括靈敏度研究 零件庫參數(shù)化建 模 設(shè)計(jì)修改和設(shè)計(jì)優(yōu)化等 a p d l 具有下列功能 對(duì)這些功能用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組合使用或單獨(dú)使用 標(biāo)量參數(shù) 數(shù)組參數(shù) 表達(dá)式和函數(shù) 分支和循環(huán) 重復(fù)功能和縮寫 宏 用戶程序 所有這些全局控制特性 允許用戶按需要改變?cè)摮绦蛞詽M足特定的建模和分析需 要 通過精心計(jì)劃 用戶能夠創(chuàng)建一個(gè)高度完善的分析方案 它能在特定的應(yīng)用范圍內(nèi) 使程序發(fā)揮更大的效率 2 3 2 a p d l 的特點(diǎn) a n s y s 軟件提供了兩種工作模式 即人機(jī)交互方式 o u i 方式 和命令流輸入方式 b a t c h 方式1 前者對(duì)于初學(xué)者特別是己經(jīng)習(xí)慣使用w i n d o w s 操作界面的廣大用戶來說 似乎要 容易掌握一些 用戶不需要記住編程語言的使用規(guī)則與命令的使用格式等 只要用鼠標(biāo) 在圖形上進(jìn)行操作即可 對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的有限元分析模型來說 這也許是要來得更快一 些 但對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的有限元模型 使用g u i 方式的缺點(diǎn)就會(huì)顯露出來 由于一個(gè)分析 的完成往往需要進(jìn)行多次的反復(fù) 特別是當(dāng)要對(duì)模型進(jìn)行修改后再進(jìn)行分析時(shí) 在g u i 方式中就會(huì)出現(xiàn)大量的重復(fù)操作 這些重復(fù)工作有時(shí)會(huì)占有大量的計(jì)算時(shí)間 簡(jiǎn)單而繁 雜的重復(fù)工作有時(shí)甚至?xí)绊懙皆O(shè)計(jì)人員的心情 從而造成模型分析質(zhì)量的下降 另外 使用前者往往會(huì)生成大量的文件 對(duì)于一個(gè)較大的分析模型 其生成的數(shù)據(jù)文件也許是 幾兆字節(jié) 有時(shí)會(huì)是幾十兆字節(jié) 甚至達(dá)到幾百兆字節(jié) 這么大的數(shù)據(jù)文件在交流時(shí) 是非常不方便的 而對(duì)于后者來說 它具有下列優(yōu)點(diǎn) 1 可以減少大量的重復(fù)工作 特別適用于經(jīng)少許修改 如修改網(wǎng)格的密度 后需要 多次重復(fù)的場(chǎng)合 可為設(shè)計(jì)人員節(jié)省大量的時(shí)間 以利于設(shè)計(jì)人員有更多的精力來從事 產(chǎn)品的構(gòu)思 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 便于保存和攜帶 一個(gè)a p d l 的a s c i i 文件一般只有幾十千字節(jié) 最多也只有 幾百千字節(jié) 其數(shù)據(jù)文件的容量?jī)H為g u i 數(shù)據(jù)文件的干分之一 無論是在網(wǎng)上或平常的 交流都很方便 3 不受a n s y s 軟件的系統(tǒng)操作平臺(tái)的限制 即用戶使用a p d l 文件既可以在 w i n d o w s 平臺(tái)進(jìn)行交流 也可以在u n i x 或其它的操作平臺(tái)上運(yùn)行 而用g u i 方式生 成的數(shù)據(jù)文件則不能直接交流 4 不受a n s y s 軟件的版本的限制 一般情況下 a n s y s