ANSYS在海洋石油工程中的应用

1 绪论 1

1.1 ANSYS软件概述 1

1.1.1 ANSYS的发展历史 1

1.1.2 基本功能与分析过程 2

1.2 海洋石油工业发展现状 6

1.2.1 我国海洋石油发展现状 6

1.2.2 海洋结构物的发展历史及应用背景 7

1.2.3 海洋石油工程的研究进展 8

上篇 海洋结构物ANSYS分析基础理论 8

2 环境载荷理论基础 11

2.1 海风载荷 11

2.1.1 设计风速 11

2.1.2 风力表达式 12

2.2 海流载荷 13

2.2.1 海流分类 13

2.2.2 海流力计算 13

2.3 波浪力 15

2.3.1 波浪力分类 15

2.3.2 波浪力计算 15

2.4 海冰载荷 17

2.4.1 海冰载荷的研究方法 17

2.4.2 海冰力计算 19

2.5 地震作用 21

2.5.1 地震作用理论 21

2.5.2 ANSYS地震分析方法 23

2.6 本章小结 23

3 ANSYS结构有限元分析基础 24

3.1 海洋结构物分析常见的ANSYS单元类型介绍 24

3.1.1 PIPE16单元特性介绍 24

3.1.2 PIPE20单元特性介绍 27

3.1.3 PIPE59单元特性介绍 29

3.1.4 BEAM4单元特性介绍 33

3.1.5 SHELL43单元特性介绍 37

3.1.6 COMBIN39单元特性介绍 37

3.1.7 SOLID45单元特性介绍 38

3.1.8 MASS21单元特性介绍 39

3.2 ANSYS结构分析基本类型 39

3.2.1 结构静力分析 39

3.2.2 结构模态分析 42

3.2.3 瞬态动力学分析 44

下篇 工程实例篇 49

4 钻井隔水导管结构静力分析 49

4.1 钻井隔水导管概述 49

4.1.1 隔水导管力学分析模型 49

4.1.2 隔水导管的ANSYS有限元分析步骤 49

4.2 工程实例：浅海水域隔水导管结构静力分析 50

4.2.1 前处理 50

4.2.2 求解计算 56

4.2.3 结果分析 60

4.3 波浪相位角搜索实例 64

4.3.1 基本过程 64

4.3.2 实例分析 65

4.4 本章小结 65

5 平台桩腿与海底土相互作用模拟 70

5.1 桩土相互作用概述 70

5.2 P—y曲线理论 71

5.2.1 软黏土中的P—y曲线 71

5.2.2 砂土中的P—y曲线 72

5.2.3 硬黏土中的P—y曲线 74

5.3 P—y曲线法的ANSYS实现 74

5.4 工程实例：平台桩土相互作用分析 75

5.4.1 前处理过程 76

5.4.2 静力求解计算 80

5.4.3 结构模态分析 85

5.5 本章小结 89

6 隔水导管抗冰极限承载力分析 95

6.1 隔水导管结构概述 95

6.2 工程实例：隔水导管抗冰极限承载力弹塑性分析 95

6.2.1 模型简化 96

6.2.2 前处理 96

6.2.3 求解计算 108

6.2.4 结果分析 111

6.3 本章小结 122

7 单筒三井简易平台桩腿结构力学分析 128

7.1 单筒三井结构概述 128

7.2 工程实例：单筒三井结构平台桩腿动力分析 129

7.2.1 模型建立 130

7.2.2 静力分析求解 134

7.2.3 动力分析 137

7.3 本章小结 143

8 深水隔水导管与导向孔相互作用分析 149

8.1 隔水导管导向孔简述 149

8.2 工程实例：某油田隔水导管与导向孔相互作用研究 150

8.2.1 模型建立 150

8.2.2 静力分析 153

8.2.3 结构模态分析 160

8.3 本章小结 163

9 导管架平台整体结构分析 168

9.1 平台整体模型建立 169

9.1.1 工程实例基本数据 169

9.1.2 导管架平台结构特点 169

9.1.3 平台几何模型的建立 170

9.1.4 平台有限元模型划分 173

9.2 波流耦合作用下导管架平台整体结构静力分析 173

9.2.1 波流耦合力极值 173

9.2.2 结构整体静力分析 175

9.2.3 静力结果分析 175

9.3 导管架平台整体结构模态分析 177

9.3.1 结构模态计算 177

9.3.2 观察模态分析结果 178

9.4 波浪作用下平台结构瞬态动力分析 180

9.4.1 瞬态动力分析 180

9.4.2 动力分析结果处理 181

9.5 本章小结 183

参考文献 198