OrcaFlex软件操作指南文档格式.docx
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100
0.87
350
0.78
500
0.49
1000
0.38
1750
0.42
1800
1.2.6Wind
设置风载荷作用位置，风速大小和方向，初步设计中可以不考虑风载荷。
1.3有限元模型创建
1.3.1浮体模型创建
点击工具栏中的浮体按钮（NewVessel），在主界面中一点，建立初步浮体模型。
此时将会发现模型树（ModelBrowser）中出现了相应的浮体参数。
右键点击可以进行复制、粘贴、重命名等操作；
左键双击可以打开参数设置截面。
下面对关键部分进行介绍，没有论述的部分采取默认设置即可。
1.3.1.1双击VesselType按钮打开浮体类型参数设置截面
（1）Structure
设置顶部浮体的长度、质量、惯性矩和重心位置，具体如下面表格和图所示。
船长（m）
质量（te）
惯性矩（tem2）
重心（m）
88
10000
5e5，7e6，7e6
0,0,27.1
（2）DisplacementRAOs
根据水动力计算结果，将计算好的顶部浮体各个浪向六个自由度的运动响应数据（RAO）按照顺序依次填写到对应的栏目中，也可以事先按照指定格式编好输入文件，通过importRAOs按钮直接导入，并且可以通过CheckRAOs按钮检验输入是否正确。
下面以0deg浪向时的RAOs为例，给出了具体参数设置，如下面表格和图所示，其它浪向（0deg-337.5deg，每隔22.5deg一个）RAOs和0deg的类似。
这些参数对于立管设计部门来说，应该由浮体分析部门事先给出。
自由度
纵荡（surge）
横荡（sway）
垂荡（heave）
横摇（roll）
纵摇（pitch）
艏摇（yaw）
幅值
相位角
3
0.00697
-114
5.86E-15
85
1.40E-05
-3
3.5
0.00976
5
4.70E-12
8
2.50E-05
-110
4
0.0117
129
7.31E-11
130
0.000618
171
4.5
0.0283
-93
6.60E-10
0.0041
12
0.0395
-97
2.47E-09
-73
0.0034
11
5.25
0.0309
-105
1.07E-08
-78
0.00277
-65
5.5
0.00761
-150
2.77E-08
-41
0.00307
161
5.75
0.0259
84
5.06E-08
-35
0.0165
167
6
0.0714
66
4.15E-08
-55
0.0299
179
6.25
0.128
67
6.17E-08
-85
0.0379
-170
6.5
0.175
70
9.15E-08
-96
0.038
-160
6.75
0.211
72
3.93E-08
-99
0.0311
-155
7
0.235
74
1.62E-07
92
0.0211
7.25
0.246
76
4.88E-07
0.0112
-163
7.5
0.243
78
8.31E-07
109
0.00319
159
0.208
81
1.31E-06
131
0.0149
8.5
0.147
83
1.00E-06
166
0.0417
-14
9
0.0698
86
3.98E-07
-137
0.0832
-22
9.5
0.0152
-84
9.99E-07
114
0.139
-25
10
0.096
-86
3.79E-06
132
10.5
0.168
5.79E-06
146
0.283
0.232
6.73E-06
157
0.356
-18
11.5
0.291
-87
6.84E-06
0.418
0.345
6.48E-06
173
0.468
-11
12.5
0.395
-88
5.92E-06
178
0.505
-8
13
0.441
5.33E-06
-179
0.533
-5
13.5
0.483
4.76E-06
-178
0.554
-4
14
0.523
-89
4.21E-06
0.571
14.5
0.559
3.71E-06
0.585
-2
0.592
3.24E-06
180
0.596
-1
16
0.652
2.41E-06
175
0.612
17
0.704
2.24E-06
170
0.62
18
0.749
-90
2.10E-06
162
0.617
19
0.79
1.98E-06
153
0.6
20
0.827
1.90E-06
141
0.552
20.5
0.844
134
21
0.861
2.02E-06
128
0.428
-9
21.5
0.877
2.61E-06
127
0.35
-34
21.75
0.885
3.27E-06
133
0.429
-57
22
0.893
3.95E-06
148
0.686
-66
22.25
0.901
3.81E-06
169
1.03
-58
22.5
0.907
2.37E-06
-167
1.33
-43
22.75
0.914
5.18E-07
-148
1.47
-28
23
0.921
5.78E-07
57
1.45
-16
23.5
0.937
9.84E-07
64
1.27
24
0.952
1.15E-06
56
1.14
24.5
0.967
6.81E-07
42
1.07
25
0.981
1.35E-10
122
（3）LoadRAOs和WaveDrift
载荷响应数据内部参数设置和二阶慢漂数据设置类似于DisplacementRAOs，具体参数设置如下图所示。
（4）水动力系数
水动力系数主要包括附加质量系数、刚度、阻尼系数等。
一般设置水动力系数为定常的，不随频率而变化。
具体参数设置如下面表格和图所示。
水动力系数
计算方法
静水力刚度
（HydrostaticStiffness）
附加质量
（addedMass）
阻尼系数（Damping）
平衡位置（EquilibriumPosition）
常量
如图所示
0,0,0
（5）Drawing
通过设置不同点的坐标（Vertices一栏）和相对位置以及不同点之间的连接顺序（Edges一栏），可以勾勒出顶部浮体的基本轮廓形状（Preview）。
具体如下图和表所示。
点坐标（Vertices）
边界（Edges）
NO.
坐标
起始点
终止点
34.59,33,41
2
-32.41,33,41
-32.41，-33,41
……
-43，-14,0
45，-14,0
1.3.1.2双击Vessel按钮打开浮体参数设置界面
（1）初始位置（InitialPosition）
设定浮体的形心在总体坐标系中的初始位置，并控制浮体的偏移，包括三个平动位移和三个转动角度，具体如下面表格和图所示。
位置与偏移
方位
0,-90，-23
横倾
纵倾
艏向
（2）Calculation
确定浮体静态分析时的初始状态，如考虑自由度数、是否有运动速度等，总体强度分析一本采取默认设置。
1.3.2管线模型的创建
点击工具栏中的NewLine按钮，初步建立管线模型，此时模型树（ModelBrowser）中出现了相应的浮体参数。
1.3.2.1双击LineType按钮打开管线类型参数设置截面
（1）Category
设置管线的材料属性，是一般钢材还是各项均匀同性管，通常都是选择一般钢材。
（2）Geometry&
Mass
设置管线的几何属性，主要包括管线的内外径、壁厚、单位长度的重量，具体参数如下面表格格和图所示。
名称
外径（m）
内径（m）
单位长度质量（te/m）
柔性节点段
0.332
0.229
0.2
VIV抑制装置段
0.330
裸管段
0.279
0.14
TDP段
0.299
海底段
楔形应力节点
内部设置
-
防护装置段
0.171
（3）Coating&
Lining
设定管线外部保温层、防腐层的厚度、密度等参数。
如防腐层的厚度为3mm，材料密度为900kg/m3。
（4）Structure
设置管线的弯曲刚度、轴线刚度、扭转刚度、泊松比等，可以自己利用公式计算，也可以利用软件自动进行计算。
集体参数如下面表格和图所示，其中~表示与前一栏中数值相同。
弯曲刚度
（KNm2）
轴向刚度（KN）
扭转刚度
泊松比
29.41e3
3.712e6
22.745e3
0.3
（5）管线水动力系数
主要包括管线的拖曳力系数、升力系数和附加质量系数等，一般这些系数都是根据经验或者实验给出，具体设置如下面表格和图所示，其中~表示与前一栏中数值相同。
拖曳力系数
升力系数
附加质量系数
1.2
0.8
1.5
（6）Contact
接触外径，如果管线没有浮力块，不考虑碰扰计算时，可设置其与水动力外径一样，其中~表示接触外径与前面的水动力外径相同。
（7）Stress
应力外径，即管线应力计算的外径，如果管线有浮力块或者涂层等，此时应力外径与水动力外径将会不一样，一般只考虑直接承受力的刚性管的外径，不包括防护层在内，因此整根管的应力外径全部相同。
（8）Friction
海底摩擦系数的确定，一般包括两个方向上的系数确定，即法向和轴向，具体参数设置如下面表格和图所示，其中~表示与前一栏相同，具体参数由设计基础文件给出。
法向摩擦系数
轴向摩擦系数
0.5
2.51
2.13
1.3.2.2双击Line按钮打开管线参数设置截面
（1）Connection
设定管线两端的连接位置，包括两个方面。
一方面是管线连接点相对于连接物体的空间坐标，此时的坐标系为被连接物体自身的坐标系，如连接船体，则坐标系为船体坐标系；
连接海底（Anchored），则相对于海底坐标系。
具体参数均是按照SCR设计方案给定。
另一方面是管线两端的转角，主要用来控制管线两端的悬挂角。
软件里要求管线两端z轴的朝向要首端（A端）指向管内，末端（B端）指向管外。
三个角度分别是相对于z轴、y轴、z轴旋转，顺时针旋转为正，逆时针旋转为负，而且要求依次进行，具体参数由设计文件给出，设置如下面表格和图所示。
连接位置
相对位置
方向
X
Y
Z
方位角
悬挂角
控制角
半潜平台（A端）
22.7
98.3
160
海底
（B端）
-333.63
2323.35
（2）ConnectionStiffness
设定管线两端的边界条件，0表示可以任意自由旋转，infinity表示旋转刚度可以无限大，即刚性固定，~表示与前面相同。
（3）Statics
静态分析方法，包括悬链线方法、样条曲线方法、快速迭代法等。
对于躺在海底的管线一般都需要考虑海底摩擦，此时需要设置管线躺在海底时的方位角，如本项目中立管方位角为277.87deg。
可在此设定管线的长度，单元划分个数，而且可以选择不同的管线类型，具体参数设置如下面表格和图所示。
分段总长度
分段单元长度
分段数目
120
980
98
1300
597
199
200
40
（5）Attachment
设置管线的附属装置，如柔性节点、弯曲扶强材等。
该界面可以通过点击管线设置界面上的AttachmentTypes按钮进行设置，然后自动进行调用。
本项目中采用了柔性节点来模拟实际的SCR顶部结构，旋转刚度为8481KNm/deg，设置在距离A端2.25m位置处。
（6）Contents
设定管线内部流体密度与内部压力，以及流体流动的速度。
主要需要注意的是单位的统一，具体参数设置如下面表格格和图所示。
内流密度（te/m3）
内压（kpa）
流体流动速度（te/s）
0.306
19.62e3
0.012
后面几项一般采取默认设置即可。
1.3.3可变参数设置
管线的可变参数很多，这里以拖曳力系数和楔形应力节点的设置为例。
1.3.3.1拖曳力系数
对于海面流速较大区域，由于流速的落差较大，将会导致管线的拖曳力系数变化，主要是雷诺数与拖曳力系数之间的关系，具体如下面表格格和图所示。
雷诺数
20000
30000
1000000
1.3.3.2楔形应力节点
对于像SCR等立管与管线，在管线的末端可能会有一段是截面变化的，它的外径呈楔形，此时不能直接在管线属性一栏里设置，需要在可变参数一栏里设置变截面的立管外径，具体参数设置如下面表格和图所示。
沿A端分布长度（m）
外径
0.325
0.273
1.3.4计算参数设置
双击General按钮打开计算参数设置界面。
1.3.4.1静态分析收敛设置-Statics
单位系统为SI，即国际单位制。
还可以更改Tolerance选项，改变静态分析收敛最小数值，本项目模型总体强度分析设置最小收敛值为1e-6，这个值会直接影响到软件的计算精度。
1.3.4.2动态分析设置-Dynamics
根据不同的计算阶段，设定分析时间，包括两个时间段。
一个是初始分析时间，也就是波浪准备时间，一个是计算模拟时间，具体如下面表格格所示。
阶段
准备时间
20s
模拟时间
80s
1.3.4.3计算方法
设定求解方法为显示还是隐式，以及迭代步长等。
对于非爆炸、冲击类分析，一般采用隐式分析方法。
分析方法
时间步长
隐式分析方法
0.1s
此时悬挂有钢悬链立管的半潜式平台耦合分析有限元模型基本建立完毕。
1.4求解计算
点击工具栏上的singlestatics按钮（F9），进行模型整体静力分析，确定模型的静态构型，静态分析后的模型如下图所示。
静态分析收敛完成之后，将要进行整体动态分析，确定整体的动态响应。
点击工具栏上的RunDynamicSimulation（F10）按钮，即可进行动态分析。
分析时模型如下图所示。
1.5结果分析
有限元模型完成静态和动态分析之后，将要进行的是结果处理与分析，此时点击工具栏上的SelectResults按钮，进入结果分析截面。
总体强度分析结果的提取主要有两种，一种是提取沿立管长度分布的相关结果，一种是沿计算时间分布的计算结果。
1.5.1.1沿立管长度分布结果
在ResultsType一栏中选择RangeGraph，Object一栏中选择想要提取结果的立管，如SCR；
然后在Period一栏中中选择分析的时间段，最后在Variable中选择想要分析的结果，如SCR有效张力（EffectiveTension），点击右上角的Show按钮可以观看分布曲线，点击Value按钮可以查看结果。
其它弯矩计算结果、等效应力计算结果的提取与分析与此相同。
1.5.1.2沿计算时间分布结果
在ResultsType一栏中选择TimeHistory，Object一栏中选择想要分析的立管，如SCR；
然后在Period一栏中中选择分析的时间段，Position一栏中选择想要分析的位置；
最后在Variable中选择想要分析的结果，如SCR有效张力（EffectiveTension），点击右上角的Show按钮可以观看分布曲线，点击Value按钮可以查看结果。
其它弯矩计算结果、等效应力计算结果的分析与此相同。
2总体运动疲劳分析
2.1有限元模型
总体运动疲劳分析有限元模型与总体强度分析模型基本一致，主要区别在于疲劳分析时间不同、疲劳分析选用的波浪类型不同，还需要考虑管线的腐蚀余量等。
一般运动疲劳分析的时间至少需要1200s，波浪分析类型为不规则波。
其中波浪参数的设定，需要根据选定的波能谱经过查询确定。
本指南以1.25m波高时波浪为例，通过下面的表格和图展示了疲劳分析时具体参数设置。
序号
波高（m）
周期（s）
E
N
NE
S
SE
SW
概率
1.25
4.765
2.774
12.603
4.821
7.41
1.75
4.78
4.325
13.03
5.605
6.086
2.29
2.25
2.802
2.745
5.606
3.898
5.278
1.48
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