海洋平台结构管节点参数化有限元建模方法研究

摘要

管结构在海洋平台中被广泛应用，管节点在平台结构中承担着连接结构和传递载荷的作用。由于管结构长期承受循环载荷的作用，管节点则是最容易产生裂纹进而发生疲劳破坏的部位。因此，管节点设计是海洋平台结构设计与强度分析中的重点。在实际工程结构中，管节点的形式是多种多样的，若通过手工方法建立有限元模型，必要时还要进行局部网格细化，工作量大，建模效率低下。
　　管节点结构基本形式可分为平面管节点（T型、Y型、X型、K型管节点等）和空间管节点（KK型、TT型、XX型管节点等），对每一种具体类型管节点，可以总结出一组具体的相关参数。本文以ANSYS软件为主要建模工具，基于参数化思想，利用VB.net开发有限元建模前处理程序，自动生成ANSYS命令流，再通过ANSYS读入，实现管节点参数化快速建模，从而节省大量的重复性人工工作量，提高设计效率。
　　论文的研究内容可分为如下五个部分:
　　(1)管节点分析研究，包括管节点类型的分析和管节点应力情况的分析。
　　(2)对管节点网格划分原则与方法进行分析研究，采用网格区域划分法，对管节点区域的网格映射划分进行重点研究，实现网格由稀疏向密集有规律地均匀过渡。
　　(3)分析几何要素对网格划分的影响，发现管壁厚度对网格划分的影响可以作为网格密度合格的判断条件，即当管节点附近的网格单元尺寸与管壁厚度大约相等时，网格划分密度已经满足要求。
　　(4)管节点建模通常使用面单元，考虑面单元的局限性，对比采用面单元和实体单元的计算结果，得出一些有益的结论，为管节点建模时的单元类型选择提供建议。
　　(5)利用VB.net开发有限元建模前处理程序。实现各种形式管节点快速建模。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题意义和工程背景

1．1．1 工程背景

1．1．2 选题意义

1．2 海洋平台简介

1．2．1 近海海洋平台

1．2．2 海洋平台破坏原因

1．3 管节点类型与特点

1．4 管节点研究现状

1．4．1 管节点承载力研究

1．4．2 管节点疲劳研究

1．5 参数化概念

1．6 工作流程

1．7 本课题的工作内容

1．8 本章小结

2 ANSYS有限元网格划分

2．1 网格划分原则

2．2 管节点应力分析

2．3 单元

2．4 边界条件

2．5 材料特性

2．6 载荷

2．7 本章小结

3 T型节点网格的生成

3．1 T型节点几何建模

3．1．1 节点几何要素

3．1．2 几何模型的创建与布尔运算

3．2 T型节点网格划分

3．2．1 控制要素

3．2．2 网格加密控制

3．4 几何要素对网格划分的影响

3．4．1 管径对网格划分的影响

3．4．2 管壁厚度对网格划分的影响

3．5 加载试算

3．5．1 轴向拉伸载荷

3．5．2 平面内弯曲

3．5．3 平面外弯曲

3．6 实体单元

3．7 本章小结

4 K型节点网格的生成

4．1 K型节点几何建模

4．1．1 节点几何要素

4．1．2 几何模型的创建与布尔运算

4．2 K型节点网格划分

4．2．1 支管分离的K型管节点

4．2．2 支管相交的K型节点网格划分

4．3 加载试算

4．3．1 轴向拉伸载荷

4．3．2 平面内弯曲

4．3．3 平面外弯曲

4．4 实体单元

4．5 本章小结

5 其他典型形式管节点网格划分

5．1 Y型管节点网格划分

5．2 X型管节点

5．3 双K型管节点

5．3．1 平面双K型管节点

5．3．2 空间双K型管节点

5．4 TX型管节点

5．5 TT型管节点

5．6 XX型管节点

5．7 本章小结

6 VB．net实现管节点参数化网格划分

6．1 基于APDL实现有限元参数化建模

6．2 基于MB．net实现有限元参数化建模

6．3 管节点参数化

6．3．1 平面管节点快速建模

6．3．2 空间管节点快速建模

6．4 本章小结

结论

参考文献

致谢