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《中国海洋大学》 2005年
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基于ANSYS程序二次开发的导管架平台结构分析

梁永超  
【摘要】:ANSYS作为广泛应用的、通用有效的有限元软件,在导管架平台的结构分析中具有广阔的应用前景,是进行导管架平台结构设计时一个重要的选择。由于ANSYS软件在1998年的ANSYS5.5版本加入了新的单元Pipe59,该单元能够计算圆管形构件的流体静力和动力效应。在一般的三维梁单元的基础上扩充了单元的海洋环境荷载(浮力、波浪及海流荷载)的计算功能,因此与其它的有限元分析软件相比更加适合海洋工程结构的结构有限元分析。 ANSYS是一个功能强大的有限元分析软件,若要利用ANSYS对实际工程问题进行分析计算,则必须要求操作人员对所用到的ANSYS模块比较熟悉,而且对力学和有限元的理论知识有较高的要求。采用ANSYS软件进行导管架平台结构有限元分析,涉及ANSYS的建模、求解和后处理过程,计算过程复杂,涉及ANSYS建模和后处理中的多项高级技术。尤其是导管架平台波浪载荷工况的载荷搜索计算和强度校核过程复杂、难于掌握。因此,到目前为止,运用ANSYS进行计算的仍然是高层的科技人员。 为了让一般的工程技术人员充分应用这一优秀的软件的功能,考虑到导管架平台这一特殊的工程应用,以及ANSYS本身提供的功能强大的参数化设计语言(ANSYS Parametric Design Language)、用户界面设计语言(User-Interface Design Language),可以对ANSYS进行封装,只要求操作人员输入前处理参数,让ANSYS自动进行前处理,求解,后处理这一基本过程,最后得到导管架平台结构有限元分析的计算结果。论文的研究工作是从上述实际情况出发利用ANSYS提供的二次开发技术解决ANSYS这一通用有限元分析程序在导管架平台有限元分析中的应用问题。 本文主要利用ANSYS提供的参数化建模技术,利用APDL、UIDL和UPFS语言,开发适合于导管架结构分析的专用程序模块。 ANSYS的二次开发技术在导管架平台结构分析上的应用其实是考虑到ANSYS软件提供的二次开发功能和导管架平台的特殊性,把ANSYS的各种功能整合,并运用到导管架平台上的过程。因此,本文进行了如下的工作: 1、利用ANSYS对一具体的平台进行了一般分析过程:建模—求解—后处理。为以后的工作提供具体的参考目标。 2、根据ANSYS提供的适合导管架平台的单元的特点,归纳出进行导管架平台结构有限元分析的基本过程和基本方法。 3、编制程序,完成建模—求解—后处理各模块的功能。 4、根据实际工程经验,简化桩和边界条件的处理。 摧十ANSYS程序二次开发的导管架平台结构分析 5、分析一座导管架平台,验证所开发的程序模块的正确性。 本文在总结导管架平台结构有限元分析方法的基础上,应用ANSYS提供的二次开发接口, 运用APDL、UIDL和UPFS开发出适合导管架平台结构分析的专用模块,并采用此模块计算 导管架平台实例,通过与手动建模分析所得的计算结果进行对比,证明此模块是正确的,实用 的.本文不仅开发出适用导管架平台结构分析的程序模块,而且归纳总结了ANSYS的二次开 发的基本方法和过程,可以为ANSYS二次开发工作提供借鉴。 通过本文的研究,可以得出以下结论: 1、本文首次将ANSYS二次开发技术应用于海洋导管架平台有限元结构分析,并开发出正确、 实用的程序模块,嵌入ANSYS并作为ANSYS程序的一部分。本程序模块是导管架平台结 构分析方面具有创新意义的成果,所归纳总结的ANSYS开发技术的基本方法和过程具有 普遍的适用性。 2、通过实例验证,证明本程序的正确性和实用性。运用此程序模块进行导管架平台结构分析, 不仅概念明确,而且可以免去很多重复繁杂的过程,与普通的手动建模、求解过程相比可 以大大节省时间,提高工作效率。 3、本文总结了框架结构参数化建模的一般过程和基本方法,使繁杂、易出错的建模过程完全 用程序自动完成,而用户所做的工作只是输入正确的参数。而且本程序模块具有开放性, 允许用户按照自己的意愿修改模型。 4、本程序可以对导管架平台波浪荷载工况与冰荷载工况进行结构有限元分析,可以计算冰荷 载、波浪荷载、海流荷载和结构自重(包括浮力)。 5、程序自动实现波浪搜索功能,以对话框的形式告知用户最大波浪力和相应的波峰相位角, 并且把搜索结果加入参数组,完成波浪荷载的计算。 6、本程序的后处理功能运用ANSYS的后处理命令“ETABLE”建立单元表(E LEMENT TABLE),得到单元的各种计算结果,包括单元的各种内力、应力和应变等.按照规范要求, 利用单元表的计算功能,得出规范所要求的各种应力,作为强度校核的结果。 关键词:ANSYS二次开发有限元导管架平台结构分析程序模块 帐
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