ANSYS在海洋石油工程中的應(yīng)用

前言

海洋石油工程從某種意義上說是一種特殊的石油工程，因?yàn)橛幸粚雍Ｋ拇嬖谑蛊渚哂懈唢L(fēng)險(xiǎn)、高成本與高科技的特點(diǎn)。處于海洋環(huán)境中的石油結(jié)構(gòu)物承受著極其復(fù)雜的載荷情況，合理的設(shè)計(jì)與計(jì)算對(duì)于海洋石油的開采有著非常重要的影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元技術(shù)在海洋石油工程中得到了廣泛的應(yīng)用。ANSYS軟件作為一種大型CAE通用有限元分析軟件，在海洋石油工程諸多方面都能夠發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用。但是目前還未見有專門介紹ANSYS軟件在這方面應(yīng)用的書籍。因此，作者結(jié)合近些年來所從事的科研項(xiàng)目中的一些工程實(shí)際問題，系統(tǒng)地介紹了ANSYS軟件在海洋石油工程中應(yīng)用的基本理論、工程應(yīng)用實(shí)例等問題。本書以實(shí)際工程實(shí)例為主導(dǎo)，向讀者系統(tǒng)地介紹了基于ANSYS軟件在海洋石油工程結(jié)構(gòu)物分析中的應(yīng)用。在內(nèi)容組織上分為理論基礎(chǔ)篇和工程實(shí)例篇兩大部分。在理論基礎(chǔ)篇中介紹了包括海洋環(huán)境載荷基本理論和海洋結(jié)構(gòu)物分析過程中所用到的ANSYS單元及本書中所涉及的結(jié)構(gòu)分析方法，目的在于讓讀者不僅學(xué)會(huì)如何利用軟件對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行分析，還對(duì)結(jié)構(gòu)物所承受的環(huán)境載荷理論有一定程度的熟悉和掌握。在工程實(shí)例篇中介紹了包括海洋石油工程結(jié)構(gòu)物中比較典型的工程結(jié)構(gòu)物，如鉆井隔水導(dǎo)管、簡易平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)、樁土相互作用、單筒多井結(jié)構(gòu)及大型導(dǎo)管架結(jié)平臺(tái)等內(nèi)容。

內(nèi)容概要

　　ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、熱、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)于一體的大型CAE通用有限元分析軟件。詳細(xì)介紹了海洋環(huán)境載荷的基本理論及利用ANSYS軟件的強(qiáng)大功能對(duì)承受環(huán)境載荷的海上石油工程結(jié)構(gòu)物進(jìn)行力學(xué)特性計(jì)算的分析方法。主要包括隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、簡易平臺(tái)樁腿、樁土相互作用、單筒多井結(jié)構(gòu)及大型導(dǎo)管架結(jié)平臺(tái)等。結(jié)合實(shí)例詳細(xì)介紹了各種海洋石油結(jié)構(gòu)物的靜力、模態(tài)及動(dòng)力有限元分析過程?！　∧軌?yàn)閺氖潞Ｑ蠊こ碳昂Ｉ鲜凸こ贪踩u(píng)價(jià)的研究人員提供指導(dǎo)作用，同時(shí)也為有關(guān)院校師生提供學(xué)習(xí)參考。

書籍目錄

1 緒論1.1 ANSYS軟件概述1.1.1 ANSYS的發(fā)展歷史1.1.2 基本功能與分析過程1.2 海洋石油工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 我國海洋石油發(fā)展現(xiàn)狀1.2.2 海洋結(jié)構(gòu)物的發(fā)展歷史及應(yīng)用背景1.2.3 海洋石油工程的研究進(jìn)展上篇 海洋結(jié)構(gòu)物ANSYS分析基礎(chǔ)理論2 環(huán)境載荷理論基礎(chǔ)2.1 海風(fēng)載荷2.1.1 設(shè)計(jì)風(fēng)速2.1.2 風(fēng)力表達(dá)式2.2 海流載荷2.2.1 海流分類2.2.2 海流力計(jì)算2.3 波浪力2.3.1 波浪力分類2.3.2 波浪力計(jì)算2.4 海冰載荷2.4.1 海冰載荷的研究方法2.4..2 海冰力計(jì)算2.5 地震作用2.5.1 地震作用理論2.5.2 ANSYS地震分析方法2.6 本章小結(jié)3 ANSYS結(jié)構(gòu)有限元分析基礎(chǔ)3.1 海洋結(jié)構(gòu)物分析常見的ANSYS單元類型介紹3.1.1 PIPEl6單元特性介紹3.1.2 PIPE20單元特性介紹3.1.3 PIPE59單元特性介紹3.1.4 BEAM4.單元特性介紹3.1.5 SHELL43單元特性介紹3.1.6 COMBIN39單元特性介紹3.1.7 SOLID415單元特性介紹3.1.8 MASS21單元特性介紹3.2 ANSYS結(jié)構(gòu)分析基本類型3.2.1 結(jié)構(gòu)靜力分析3.2.2 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析3.2.3 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析下篇 工程實(shí)例篇4 鉆井隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)靜力分析4.1 鉆井隔水導(dǎo)管概述4.1.1 隔水導(dǎo)管力學(xué)分析模型4.1.2 隔水導(dǎo)管的ANSYS有限元分析步驟4.2 工程實(shí)例：淺海水域隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)靜力分析4.2.1 前處理4.2.2 求解計(jì)算4.2.3 結(jié)果分析4.3 波浪相位角搜索實(shí)例4.3.1 基本過程4.3.2 實(shí)例分析4.4 本章小結(jié)5 平臺(tái)樁腿與海底土相互作用模擬5.1 樁土相互作用概述5.2 P-y曲線理論5.2.1 軟黏土中的P-y叫曲線5.2.2 砂土中的P-y曲線5.2.3 硬黏土中的P-y曲線5.3 P-y曲線法的ANSYS實(shí)現(xiàn)5.4.工程實(shí)例：平臺(tái)樁土相互作用分析5.4.1 前處理過程5.4.2 靜力求解計(jì)算5.4.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析5.5 本章小結(jié)6 隔水導(dǎo)管抗冰極限承載力分析6.1 隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)概述6.2 工程實(shí)例：隔水導(dǎo)管抗冰極限承載力彈塑性分析6.2.1 模型簡化6.2.2 前處理6.2.3 求解計(jì)算6.2.4 結(jié)果分析6.3 本章小結(jié)7 單筒三井簡易平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)力學(xué)分析7.1 單筒三井結(jié)構(gòu)概述7.2 工程實(shí)例：單筒三井結(jié)構(gòu)平臺(tái)樁腿動(dòng)力分析7.2.1 模型建立7.2.2 靜力分析求解7.2.3 動(dòng)力分析7.3 本章小結(jié)8 深水隔水導(dǎo)管與導(dǎo)向孔相互作用分析8.1 隔水導(dǎo)管導(dǎo)向孔簡述8.2 工程實(shí)例：某油田隔水導(dǎo)管與導(dǎo)向孔相互作用研究8.2.1 模型建立8.2.2 靜力分析8.2.3 占構(gòu)模態(tài)分析8.3 本章小結(jié)9 導(dǎo)管架平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)分析9.1 平臺(tái)整體模型建立9.1.1 工程實(shí)例基本數(shù)據(jù)9.1.2 導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)9.1.3 平臺(tái)幾何模型的建立9.1.4 平臺(tái)有限元模型劃分9.2 波流耦合作用下導(dǎo)管架平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)靜力分析9.2.1 波流耦合力極值9.2.2 結(jié)構(gòu)整體靜力分析9.2.3 靜力結(jié)果分析9.3 導(dǎo)管架平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析9.3.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì)算9.3.2 觀察模態(tài)分析結(jié)果9.4 波浪作用下平臺(tái)結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動(dòng)力分析9.4.1 瞬態(tài)動(dòng)力分析9.4.2 動(dòng)力分析結(jié)果處理9.5 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：ANSYS軟件提供的分析類型如下：結(jié)構(gòu)靜力分析：用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不顯著的問題。.ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。結(jié)構(gòu)非線性分析：結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動(dòng)力學(xué)分析：ANSYS程序可以分析大型二維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱分析：程序可處理熱傳遞的基本類型為傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的兩種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱—結(jié)構(gòu)耦合分析能力。流體動(dòng)力學(xué)分析：ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率，并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用二維表面效應(yīng)單元和熱—流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流，包括對(duì)流換熱效應(yīng)。

編輯推薦

《ANSYS在海洋石油工程中的應(yīng)用》是由石油工業(yè)出版社出版的。

圖書封面

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