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，因為有一層海水的存在使其具有高風(fēng)險、高成本與高科技的特點。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)計與計算對于海洋石油的開采有著非常重要的影響。隨著計算機技術(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目中的一些工程實際問題，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)用實例等問題。本書以實際工程實例為主導(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)會如何利用軟件對結(jié)構(gòu)物進行分析，還對結(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)平臺等內(nèi)容。

內(nèi)容概要

　　ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、熱、電場、磁場、聲場于一體的大型CAE通用有限元分析軟件。詳細介紹了海洋環(huán)境載荷的基本理論及利用ANSYS軟件的強大功能對承受環(huán)境載荷的海上石油工程結(jié)構(gòu)物進行力學(xué)特性計算的分析方法。主要包括隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、簡易平臺樁腿、樁土相互作用、單筒多井結(jié)構(gòu)及大型導(dǎo)管架結(jié)平臺等。結(jié)合實例詳細介紹了各種海洋石油結(jié)構(gòu)物的靜力、模態(tài)及動力有限元分析過程?！　∧軌驗閺氖潞Ｑ蠊こ碳昂Ｉ鲜凸こ贪踩u價的研究人員提供指導(dǎo)作用，同時也為有關(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)計風(fēng)速2.1.2 風(fēng)力表達式2.2 海流載荷2.2.1 海流分類2.2.2 海流力計算2.3 波浪力2.3.1 波浪力分類2.3.2 波浪力計算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)動力學(xué)分析下篇 工程實例篇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 求解計算4.2.3 結(jié)果分析4.3 波浪相位角搜索實例4.3.1 基本過程4.3.2 實例分析4.4 本章小結(jié)5 平臺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實現(xiàn)5.4.工程實例：平臺樁土相互作用分析5.4.1 前處理過程5.4.2 靜力求解計算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 工程實例：單筒三井結(jié)構(gòu)平臺樁腿動力分析7.2.1 模型建立7.2.2 靜力分析求解7.2.3 動力分析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)管架平臺整體結(jié)構(gòu)分析9.1 平臺整體模型建立9.1.1 工程實例基本數(shù)據(jù)9.1.2 導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)特點9.1.3 平臺幾何模型的建立9.1.4 平臺有限元模型劃分9.2 波流耦合作用下導(dǎo)管架平臺整體結(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)管架平臺整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析9.3.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)計算9.3.2 觀察模態(tài)分析結(jié)果9.4 波浪作用下平臺結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力分析9.4.1 瞬態(tài)動力分析9.4.2 動力分析結(jié)果處理9.5 本章小結(jié)參考文獻

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行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析：結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機振動響應(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。動力學(xué)分析：ANSYS程序可以分析大型二維柔體運動。當運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，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)、對流和輻射。熱傳遞的兩種類型均可進行穩(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。流體動力學(xué)分析：ANSYS流體單元能進行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率，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。

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