[发明专利]顶张式立管液压张紧器的有限元模拟方法

摘要

本发明公开了一种顶张式立管液压张紧器的有限元模拟方法，该方法将浮式平台处理为刚体，即在平台重心和平台甲板(即张紧器顶部)之间建立刚体连接，并在随后进行有限元分析时将平台的运动施加在平台的重心位置。这样才能将平台的运动通过平台重心‑平台甲板(与张紧器顶端相连)‑张力环(位于立管顶部)的方式正确地传递给立管顶部。该方法不但能够合理地模拟张紧器的张力‑冲程关系特性，而且能够正确地处理浮式平台、张紧器和立管之间的关系。本发明提出的模拟方法使得顶张式立管模型顶部受到的张力和运动更加符合实际，进而使得顶张式立管的有限元分析更加合理和准确。

主权项

一种顶张式立管液压张紧器的有限元模拟方法，其特征在于，包括：步骤S1、确定所述顶张式立管的结构属性、几何属性、材料属性以及立管水下部分和水上部分的分布情况；步骤S2、计算所述顶张式立管水上部分的干重Wd和水下部分的湿重Ww；步骤S3、确定所述张紧器的张力因子f；步骤S4、计算所述张紧器的名义张力的竖直分量Tup＝Wd+f·Ww；步骤S5、确定所述张紧器的气柱和立管之间的初始角度θ；步骤S6、计算所述张紧器每一根所述气柱方向的名义张力步骤S7、确定所述张紧器的所述气柱的长度L和绝热系数γ；步骤S8、计算每根所述气柱的实际张力T和冲程x之间的关系步骤S9、根据所述顶张式立管的相关属性，采用梁单元建立顶张式立管模型；步骤S10、根据实际工况，在所述顶张式立管模型上确定张力环和扶正滚轮对应的位置；步骤S11、确定浮式平台的重心位置和与所述张紧器顶端相连平台甲板的位置；步骤S12、采用离散刚体单元，在所述浮式平台的重心位置和所述平台甲板的四个位置之间分别建立刚体连接，形成浮式平台刚体模型；步骤S13、采用四个弹簧单元模拟张紧器系统的四个所述气柱，将所述立管模型上的张力环位置分别与浮式平台模型上的甲板位置相连接；步骤S14、将步骤S7计算得到的所述气柱的张力‑冲程关系，赋予步骤S13中建立的四个所述弹簧，形成了四个非线性弹簧单元；步骤S15、在所述浮式平台模型的重心位置和所述顶张式立管模型上的扶正滚轮位置之间建立运动耦合关系，模拟所述浮式平台在扶正滚轮位置对立管的位移约束；步骤S16、在所述顶张式立管有限元分析过程中，将浮式平台的运动施加在所述浮式平台模型的重心位置上。