有限元分析软件ansys在海洋工程中的应用（续）——第二讲 采用ansys程序

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3、用（续1）——第二讲采用ANSYS程序一苷四主,A5丫弓和,咱,导镧.?40?杨树耕等有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用(续1)2000年1O月立章编号:1_l014500(2000)05--O04O—O7有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用(续1)第二讲采用ANSYS程序的导管架平台结构有限元分析堑.垫堂,盛啮昭瑛,任贵永7‘炙津大学建筑工程学院’走津...02丁/.zl引言由于ANSYS提供了支持圆管形构件的流体静力,动力效应的PIPE59单元,可以计算位于水中的圆管形构件的浮力,流力,波浪力的静载荷与动载荷.采用PIPE59单元并结合AN—

4、SYS提供的空间单元BEAM4可以解决导管槊平台的整体结构静力,动力有限元分析问题ANSYS是进行导管架平台结构设计时能够采用的有限元分析软件的一个新的选择.2PIPE59单元特性ZANSYS程序单元库中的PIPE59单元是与空间粱单元类似的单元,可以考虑轴向拉压,扭转,弯曲变形,同时扩充了单元的海洋环境载荷,即浮力及波浪与海流载荷的计算功能.也可以退化为仅考虑轴向变形的缆索单元.PIPE59单元的横截面是圆管形,通过指定外径与厚度确定.PIPE59单元支持线性与非线性材料,同时也支持大位移与太变形,还支持动力分析,可进行海洋环境载荷作用下的结构线性,非线性静

5、力与结构线性,非线性动力分析.载荷计算中可以考虑管外壁上的附着层,在动力计算的附加质量计算中可以计人附连水质量与管内,外附着质量.PIPE59单元模型见图1.Yx,y.z为单元局部坐杯系图1PIPE59单元模型图2.】单元位置总体坐标系的原点必须位于海面处,而且以垂如在待求解的问题中包含PIPE59单元,向轴为￡轴,轴的正向指向上.第1s卷第5期中国海洋平台?4l?单元可位于海水以上或浸没于海水中,也可处于半浸没状态.在初始状态,单元的节点不得进A泥面以下0.125D,,D为圆管的外径加上2倍的海生物附着层厚度.对于泥面以下的结构,可用不计流体效应的PIIE1

6、6单元模拟.对于大位移问题,从第2个叠代步开始,如果节点进人泥面以下不超过l0n,程序不提供错误信息并正常运行;超过l0D但不超过2d.则提示警告信息但仍可运行;超过2d则中止运行对于位于泥面处的单元则应附加间隙单元或接触单元.2.2单元刚度矩阵PIPE59单元在考虑弯曲效应时,除了与扭转教应有关的单元刚度系数项以外,与三维粱单元的刚度矩阵相同,与扭转自由度有关的单元刚度系数由了1确定:,0了1一GtD一D)如果不考虑扭转效应如果考虑扭转效应其中:G为扭转刚度常数,为程序输入值;『j为外径,为程序输入值;D为内径,D.一D.一2t程度输入值;t为圆管壁厚,为程

7、序输入值;L为单元长度.单元刚度计算中,截面积A,载惯性矩J,截面极惯性矩l,按下式计算:A一÷(Dj—D)￡舂(D5一D)J一2I在仅考虑轴向变形教应时,即缆索单元的情况,与三维杆单元的刚度矩阵相同.2.3单元质量矩阵PIPE59单元在考虑弯曲效应时,除了与轴向位移自由度有关的单元质量系数项应乘以系数(Mo/M,)以外,与三维粱单元的质量矩阵相同,但M及应按下式计算:M.一(m十Ⅲ一+m)L一(卅+卅+m)一(1一)P÷(D一D)q其中:P圆管壁的密度(程度输入值);为初应变(程序输入值).为圆管内部流体与附件的单位长度的质量.m.一(1一)÷(D;一D)P

8、.圆管壁外附着物密度(程度输入值)..