海洋工程设计制造软件作业.docx

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海洋工程设计制造软件作业

海洋工程设计制造软件

课

程

作

业

班级：

20100116

姓名：

梁宁

学号：

2010011605

第一题：

利用ANSYS-APDL，求解均匀外压P（Pa）作用下加筋板的应力最大点位置和大小。

已知：

纵向筋截面为长方形高100mm，宽30mm；横向筋为T型材（翼板240mm，腹板为300mm，板厚为20mm；加筋板板长和宽均为6m，板厚为20mm；载荷：

压力p为学号后6位，2010011605011605

T型材筋两端点固定；

1.菜单建模分析过程

第一步，清除内存准备分析过程

（1）清除内存：

选择菜单UtilityMenu>File>Clear&StartNew,单击OK按钮。

（2）更换工作文件名：

选择菜单UtilityMenu>File>ChangeJobname，输入SHELL-BEAM，单击OK按钮。

（3）定义标题：

选择菜单UtilityMenu>File>ChangeTitle,输入文字“THESHELLANDBEAMMODEL”。

单击OK按钮。

第二步，创建有限元模型

（1）进入前处理器：

选择菜单MainMenu>Preprocessor。

（2）定义单元类型1（钢板）与2（型钢）：

选择菜单MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete弹出ElementType（单元类型）对话框，单击Add按钮接着弹出LibraryofElementTypes（单元库）对话框，选择左侧列表窗中的StructuralShell,再选择右侧列表窗中的4node181单元，在Elementtypereferencenumber项输入1，单击Apply再次弹出LibraryofElementTypes（单元库）对话框，选择左侧列表窗中的StructuralBeam,再选择右侧2node188单元，在Elementtypereferencenumber项输入2，单击OK按钮返回ElementType对话框，单击Close按钮。

（3）定义单元实常数（板厚）：

选择菜单MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,弹出ElementType对话框，单击Add按钮接着弹出ElementTypeforRealConstants对话框，选择列表中的Type1Shell181，单击OK按钮弹出RealConstantSetNumber1，forshell181对话框，在TK（I）项输入0.02，单击OK按钮返回RealConstants对话框，再单击Close按钮。

（4）定义型钢截面1（矩形截面）和2（T形截面）：

选择菜单MainMenu〉Preprocessor〉Sections〉Beam〉CommonSections弹出BeamTool对话框，首先定义1号截面，截面ID号输入1,截面名称Name输入RE（可以为空），选择截面类型设置为矩形，Offsetto选择Location，Offset-Z输入0.03，B,H依次输入0.03，0.1，然后单击Apply按钮执行定义；接着定义2号截面：

截面ID号输入2,截面名称Name输入T-sect（可以为空），选择截面类型设置为T形，Offsetto选择Location，Offset-Z输入0.3，W1，W2，t1，t2依次输入0.24，0.3，0.02，0.02，然后单击OK按钮执行定义。

（5）定义材料1（钢板）和2（型钢）：

首先定义1号材料，选择菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels弹出DefineMaterialModelBehavior对话框，选中左侧窗口中的MaterialModelNumber1，然后在右侧窗口MaterialModelsAvailable中连续双击选择Structural>linear>Elastic>Isotropic,弹出窗口linearIsotropicPropertiesforMateri…,在值域EX处输入2.01e11,在值域PRXY处输入0.3，单击OK；

接着定义2号材料：

选择DefineMaterialModelBehavior对话框的菜单Material〉NewModel，在DefineMaterialID处输入2，单击OK按钮执行操作，接着选中左侧窗口中的MaterialModelNumber2，然后在右侧窗口MaterialModelsAvailable中连续双击选择Structural>linear>Elastic>Isotropic,弹出窗口linearIsotropicPropertiesforMateri…,在值域EX处输入2.01e11,在值域PRXY处输入0.3，单击OK；选择DefineMaterialModelBehavior对话框的菜单DefineMaterialModelBehavior>Material>Exit,关闭材料定义对话框。

（6）创建9个关键点：

选择菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Creat>Keypoints>InActiveCS,弹出CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框，在Keypoint项输入1，X，Y，ZLocationinactiveCS依次输入2，0，0，单击Apply按钮再次弹出CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框，同理依次定义以下关键点，输入数据如下：

2（4,0,0）

3（2,6,0）

4（4,6,0）

5（0,2,0）

6（0,4,0）

7（6,2,0）

8（6,4,0）

9（2,2,-1000）

10（4,4,-1000）

NumberingControls对话框，把选择Keypointnumbers后面的Off使其显示为On。

点击OK按钮执行定义。

选择菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Creat>Lines>StraightLine弹出CreatStraightLine对话框，点击点1和点3形成一条线，再依次点击点2和点4，点5和点7，点6和点8。

单击OK按钮执行定义。

选择菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Creat>Areas>Rectangle>ByDimensions,弹出CreatRectanglebyDimensions对话框，依次输入以下坐标，单击OK按钮执行定义。

（8）打开线的编号：

选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering,弹出PlotNumberingControls对话框，选中LINElinenumbers即设置为ON，将Numberingshownwih设置为Colors&numbers,单击OK按钮；选择菜单UtilityMenu>Plot>Multi-plots,绘制所有图形对象。

（9）定义梁单元属性：

选择菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,弹出MeshTool对话框，选择ElementAtributes下拉列表中的Lines，然后单击其后的按钮Set弹出拾取线对话框，鼠标拾取线1，2，单击OK按钮接着弹出LineAttributes对话框，将MAT,REAL,TYPE与SECT依次设置为2，1，2，1并选中PickOrientationKeypoint（s）即设置为Yes,单击OK按钮弹出拾取方向关键点对话框，输入1000，单击Apply按钮这姓单元属性分配；

接着，再次弹出拾取线对话框，鼠标拾取线3，4，单击OK按钮接着弹出LineAttributes对话框，将MAT,REAL,TYPE与SECT依次设置为2，1，2，2并选中PickOrientationKeypoint（s）即设置为Yes,单击OK按钮弹出拾取方向关键点对话框，输入1000，单击OK按钮这姓单元属性分配；

（10）定义面单元属性：

选择菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,弹出MeshTool对话框，选择ElementAtributes下拉列表中的Areas，然后单击其后的按钮Set弹出拾取线对话框，鼠标拾取面，单击OK按钮，弹出AreaAttributes对话框，按下图输入各参数，点击OK按钮执行定义。

（11）控制所有线的单元份数：

首先选择所有的关键点和线，选择UtilityMenu>Select>Everything;然后，单击MeshTool对话框SizeControl>Lines后的Set按钮弹出拾取线对话框，单击PickAll按钮弹出控制线单元尺寸对话框，将Size设置为0.1,单击OK按钮执行操作。

（12）打开单元形状开关：

选择菜单UtilityMenu>PloCtrls>Style>SizeandShape,将Displayofelement设置为打开状态（On），将ReplotuponOK/Apply设置为Replot，单击OK按钮执行操作，图形窗口中

显示打开截面形状的模型。

（13）划分线单元网格：

在MeshTool对话框中，选择Mesh下拉列表中的Lines，单击按钮Mesh，弹出拾取线对话框，选择线1，2，点击Apply执行操作。

再选择线3，4，点击OK执行操作。

（14）划分面单元网格：

在MeshTool对话框中，选择Mesh下拉列表中的Areas；然后，在MeshTool对话框中的Shape项中选择Quad按钮，即要求划分四边形网格，单击按钮Mesh，执行操作。

（15）存储有限元分析模型：

单击ANSYSToolbar窗口中的快捷键SAVE_DB。

第三步：

执行静力分析

（1）进入求解器，选择静力分析：

选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisType-NewAnalysis,选中Static，然后单击OK按钮。

（2）在点5，6，7，8上施加边界条件：

选择菜单MainMenu>Preprocessor>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoint,弹出拾取线对话框，用鼠标拾取点5，6，7，8，单击OK按钮弹出施加约束对话框，在DOFstobeconstrained列表中选择ALLDOF单击OK执行操作。

（3）在面上施加压力：

选择菜单MainMenu〉Preprocessor〉Loads〉DefineLoads〉Apply〉Structural〉Pressure>OnAreas弹出拾取面对话框，选择钢板，在Value项输入11605，然后单击OK按钮。

（4）选择所有模型执行求解：

首先，选择菜单UtilityMenu〉Select〉Everything选择所有模型；然后选择菜单MainMenu〉Solution〉Solve-CurrentLS,单击OK按钮执行求解。

（5）退出求解器：

选择菜单MainMenu〉Finish。

第四步，执行后处理：

查看变形、应力。

（1）进入后处理器：

选择菜单MainMenu〉GeneralPostproc

（2）显示有限元模型的变形：

MainMenu〉GeneralPostproc〉PlotResults〉DeformedShapes

弹出PlotDeformedShape对话框，单击OK执行操作。

（3）显示有限元模型的单元应力：

MainMenu〉GeneralPostproc〉PlotResults〉ContourPlot

弹出ContourElementSolutionData对话框，选择ElementSolution〉Stress〉vonMisesstress单击OK执行操作。

2.利用ANSYS-APDL，求解如下立管的位移最大点位置和大小。

具体见图2.

已知：

立管尺寸：

外径500mm，壁厚20mm

材料参数：

弹性模量2.1e11Pa，泊松比0.3

环境参数

水深50m，海面以上高度10m

波浪：

线性波，有效波高8m，周期7s，相位角53度

流速：

均匀流0.8m/s

井口压载：

100000N

1.1设置工作环境

/FILNAME，002

/TITLE,Analysisof002

/PREP7

1.2定义单元类型

ET,1,PIPE20

ET,2,PIPE59

1.3定义单元实常数

R,1,0.5,0.02

R,2,0.5,0.02,0.7,2.0,1030,0

1.4设置材料参数

MP,EX,1,2.1E11

MP,PRXY,1,0.3

MP,DENS,1,7850

1.5设置水表

TBDE，WAVE，1

TB，WATE，1，，，0

TBMODIF，1，1，2

TBMODIF，1，2，0

TBMODIF，1，3，50，

TBMODIF，1，4，1030

TBMODIF，1，5，0

TBMODIF，2，1，-50

TBMODIF，2，2，0.8

TBMODIF，2，3，0

TBMODIF，2，4，-25

TBMODIF，2，5，0.8

TBMODIF，2，6，0

TBMODIF，3，1，0

TBMODIF，3，2，0.8

TBMODIF，3，3，0

TBMODIF，14，1，8

TBMODIF，14，2，7

TBMODIF，14，3，53

1.6建立几何模型

K，1，0，0，10

K，2，0，0，0

K，3，0，0，-50

LSTR，1，2

LSTR，2，3

1.7有限元网格划分

LSEL，S,LINE，，1,2,1，，

LATT，1,2,2

LESIZE，ALL，1，，，，，，

LESIZE，ALL

ALLSEL

SAVE

FINISHI

保存有限元模型并退出前处理

1.8求解结果

/SOLU

ANTYPE,0

NSEL,S,LOC,Z,-50

D,ALL,ALL

NSEL,S,LOC,Z,10

F,ALL,FZ,-10E4

ALLSEL

ACEL,0,0,9.81

SLOVE

SAVE

FINISHI

1.9结果分析

结构变形

在GeneralPostproc_ListResualt_NodeSolution依次点击至

25号节点0.37975水下7.785m

利用ANSYS-APDL建立水动力模型，并用ANSYSTOAQWA命令转化为AQWA文件。

1/4模型和整个平台模型具体见图3.

已知：

平台模型为双浮体、四立柱、箱形封闭式平台。

浮体长110.×宽18.00×高10.00m

立柱长12×宽18.00×高40.00m

横箱长12×宽46.00×高10.00m

平台吃水为18m。

1.定义单元

定义壳体SHELL63单元

2.建立几何模型

定义好原点、坐标系；基面位置为Z=0米

在在命令窗口中输入如下命令：

（或者Create->Keypoints->InActiveCS,输入各点坐标和编号）

由点生成面：

Create->Areas->ThroughKPs,选择对应各点即可

最后得到1/4模型如下图所示：

得到1/4模型之后通过对称得到全部的模型，操作为Modeling->Reflect->Areas->Pickall（选择所有面）分别沿y-z和x-z面对称。

得到整个模型后将模型在水线面处切开。

操作为Modeling->Operate->Booleans->Divide->AreabyWrkplane（首先将工作面移至水线面相同位置）。

3.网格划分

设定单元尺寸为2m，画网格。

命令为

esize,2

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

AMESH,ALL

我们会发现有些单元颜色为绿色，有些为紫色；

说明其有的法向朝内，要将法向方向调整过来。

调整面的法向的操作为Modeling->Move/Modify->ReferenceNormals->Areas选择紫色的面。

MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems

4.模型输出

选择所有，

模型文件另存为AQWA.db

在命令行里输入ANSTOAQWA，再输入响应的参数即可将模型输出为AQWA输入文件，

5.修改生成的aqwa输入文件

OPTIONSRESTGOONLDOPEND

RESTART13

将文件另存为alhatch.dat

运行AQWA-LINE程序，得到波浪力数据

4.利用ANSYS-APDL建立水动力模型，并用ANSYSTOAQWA命令转化为AQWA文件。

1/4模型和整个平台模型具体见图3.

已知：

平台模型为双浮体、四立柱、箱形封闭式平台。

浮体长110.×宽18.00×高10.00m

立柱长12×宽18.00×高40.00m

横箱长12×宽23.00×高10.00m

平台吃水为18m。

1.定义单元

定义壳体SHELL63单元

3.建立几何模型

定义好原点、坐标系；基面位置为Z=0米

在在命令窗口中输入如下命令：

（或者Create->Keypoints->InActiveCS,输入各点坐标和编号）

由点生成面：

Create->Areas->ThroughKPs,选择对应各点即可

最后得到1/4模型如下图所示：

得到1/4模型之后通过对称得到全部的模型，操作为Modeling->Reflect->Areas->Pickall（选择所有面）分别沿y-z和x-z面对称。

得到整个模型后将模型在水线面处切开。

操作为Modeling->Operate->Booleans->Divide->AreabyWrkplane（首先将工作面移至水线面相同位置）。

3.网格划分

设定单元尺寸为2m，画网格。

命令为

esize,2

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

AMESH,ALL

我们会发现有些单元颜色为绿色，有些为紫色；

说明其有的法向朝内，要将法向方向调整过来。

调整面的法向的操作为Modeling->Move/Modify->ReferenceNormals->Areas选择紫色的面。

MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems

4.模型输出

选择所有，

模型文件另存为AQWA.db

在命令行里输入ANSTOAQWA，再输入响应的参数即可将模型输出为AQWA输入文件，

5.修改生成的aqwa输入文件

OPTIONSRESTGOONLDOPEND

RESTART13

将文件另存为alhatch.dat

使用AQWAGS打开：

5.平台作业水深800m或1000m（二者任选其一），应用AQWA-LINE对平台在频域内进行水动力分析，得到平台的运动响应RAO，附加质量、辐射阻尼。

平台作业水深取800

在零度浪向下平台的运动响应

在四十五度浪向下平台的运动响应

在九十度浪向下平台的运动响应

附加质量

辐射阻尼

6.对平台系泊系统进行设计，自行设计系泊线的数量、锚点坐标、每部分系泊线的参数、没相邻两根系泊线的夹角、初始预张力，系泊线特性参数如表2。

应用AQWA-DRIFT对平台及其系泊系统进行时域耦合拟静态分析，计算平台在表3所列海况下的总体运动响应和系泊线受力。

表2系泊线参数

系泊线

长度（m）

湿重（kg/m）

（MN）

直径（mm）

极限载荷（KN）

顶部

链条

50

159.36

787

96

6827

中间

钢缆

1300

34.75

404

100

6455

底部

链条

600

159.36

787

96

6827

预张力

567890N

表3作业海况

波浪谱

有义波高

峰值周期

浪向

JONSWAP

5.5m

11.5s

180°迎浪

锚链线坐标

系泊线受力状况

X方向min3.512e+05max4.826e+06mean1.953e+062*RMS2.037e+06line3

Y方向min2.577e+05max4.088e+06mean1.959e+062*RMS1.986e+06line6

Z方向min-3.065e+06max-5.736e+05mean-1.769e+062*RMS1.283e+06line7

重心速度

MIN

MAX

MEAN

2*RMS

X

-2.913

2.733

1.02E-06

1.505

Y

-2.536

3.073

-3.03E-04

1.467

Z

-5.499

5.63

-1.74E-03

6.102

Xaxis

-13.15

13.42

1.99E-02

5.259

Yaxis

-10.99

11.51

-2.55E-02

10.2

Zaxis

-9.193

9.322

5.46E-03

4.633

重心加速度

MIN

MAX

MEAN

2*RMS

X

-0.665

0.631

-1.01E-04

0.3368

Y

-0.475

0.5377

7.62E-04

0.274

Z

-0.1488

1.56

3.11E-04

1.419

Xaxis

-2.858

3.006

-8.58E-03

2.822

Yaxis

-3.537

3.71

-8.24E-04

2.866

Zaxis

-1.141

1.081

-1.65E-05

0.6488