基于ANSYS的海洋平台固桩架有限元分析研究
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固桩架是自升式海洋平台升降系统中的一个重要组成部分,是一结构复杂,承受重载的大型海洋装置的机械结构,其强度特性对海洋平台整体的安全性具有极其重要的影响。在高达数千吨的载荷作用下,固桩架出现屈服破坏的可能性较大,必须对该结构进行强度校核,以保证其安全性。本文以辽油—大工研究院的300英尺自升式钻井平台设计项目中的固桩架结构为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS及其参数化设计语言APDL,对固桩架进行了风暴自存工况下的强度分析,研究了其变形与应力分布情况。在计算结果分析的基础上,提出了结构的改进方向并加以验证。本文的计算结果为进一步展开固桩架的详细设计提供了理论参考。论文对ANSYS中复杂载荷的施加方法进行了研究,并总结了ANSYS中连接三维实体单元与板壳单元的不同方法,从理论依据到实际操作进行了比较深入的探索与研究。通过对算例采用不同体—壳连接方法的计算结果进行分析,对比了各方法的优劣,并探讨了各自适用范围与使用技巧。在以上研究的基础上,在固桩架有限元模型的建立过程中灵活地结合运用了两种体—壳连接的方法。本文的研究内容对大型复杂结构,尤其是承受复杂载荷、涉及多种单元连接的有限元分析有一定的借鉴与参考作用。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5页 |
1 绪论 | 第8-14页 |
1.1 研究背景 | 第8-9页 |
1.2 自升式海洋洋平台与固桩架简介 | 第9-12页 |
1.2.1 自升式海洋平台结构 | 第9-11页 |
1.2.2 升降装置与固桩架 | 第11-12页 |
1.3 国内外海洋平台及固桩架建造与设计现状 | 第12-13页 |
1.4 论文的研究意义和内容 | 第13-14页 |
2 结构分析的基本理论与分析软件介绍 | 第14-23页 |
2.1 有限元发展的概况 | 第14-16页 |
2.2 有限元法的基本理论 | 第16-20页 |
2.2.1 有限元法的基本思想 | 第16-17页 |
2.2.2 有限元法的特点 | 第17-18页 |
2.2.3 有限元法分析过程 | 第18-20页 |
2.3 ANSYS软件介绍 | 第20-23页 |
2.3.1 ANSYS的发展 | 第20-21页 |
2.3.2 ANSYS的特点 | 第21-22页 |
2.3.3 ANSYS的分析步骤 | 第22-23页 |
3 固桩架结构与载荷 | 第23-34页 |
3.1 固桩架结构 | 第23-27页 |
3.2 建模方案 | 第27-28页 |
3.2.1 有限元建模的基本原则 | 第27页 |
3.2.2 固桩架建模方案 | 第27-28页 |
3.3 压力载荷与施加 | 第28-34页 |
3.3.1 作业工况与最大设计载荷 | 第28-30页 |
3.3.2 载荷施加方法 | 第30-34页 |
4 三维实体单元与板壳单元的组合建模研究 | 第34-48页 |
4.1 理论分析 | 第34-35页 |
4.2 ANSYS中处理体—壳连接的方法 | 第35-40页 |
4.2.1 约束方程法 | 第35-36页 |
4.2.2 MPC法 | 第36-38页 |
4.2.3 刚度叠加法 | 第38-40页 |
4.3 算例与验证 | 第40-46页 |
4.3.1 计算模型 | 第41页 |
4.3.2 结果与讨论 | 第41-45页 |
4.3.3 刚度叠加法中板壳延伸量的影响 | 第45-46页 |
4.4 本文采用的体—壳连接方法 | 第46-48页 |
5 固桩架参数化建模与加载 | 第48-59页 |
5.1 参数化设计语言(APDL) | 第48-50页 |
5.1.1 什么是APDL | 第48-49页 |
5.1.2 APDL的特点 | 第49-50页 |
5.2 定义参数并赋值 | 第50-52页 |
5.3 单元类型、材料属性与实常数 | 第52-53页 |
5.4 固桩架建模与分网 | 第53-57页 |
5.4.1 板壳部分建模与分网 | 第53-54页 |
5.4.2 实体部分建模与分网 | 第54-56页 |
5.4.3 连接实体与板壳单元 | 第56-57页 |
5.5 加载与约束 | 第57-59页 |
6 结果分析及讨论 | 第59-67页 |
6.1 载荷校核 | 第59页 |
6.2 强度评定方法及标准 | 第59-60页 |
6.3 变形与应力云图 | 第60-64页 |
6.3.1 整体变形与应力分布 | 第60-61页 |
6.3.2 承载区应力 | 第61-64页 |
6.4 结果讨论 | 第64-65页 |
6.5 削弱顶部刚度对结果的影响 | 第65-67页 |
结论 | 第67-69页 |
参考文献 | 第69-71页 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 | 第71-72页 |
致谢 | 第72-73页 |
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