CN112016236A - 一种基于ansys的海洋平台建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，包括建立海洋平台数据库，建立参数可调的子模块库，创建并运行宏文件，创建可视化专用菜单，确定海洋平台的类型，选择子模块，建立海洋平台的几何模型和创建海洋平台的有限元模型；本发明所述的方法能够快速建立海洋平台的有限元模型，大大缩短了海洋平台在设计阶段的时间，并且能够借助有限元软件对海洋平台进行模态、结构强度以及水动力等分析，对海洋平台的建立提供了数据支撑，且分析结果能够直观的反应在图形界面中，大大提高了工作效率，缩减了人工的工作量。

Description

一种基于ANSYS的海洋平台建模方法

技术领域

本发明涉及海洋平台分析技术领域，特别是涉及一种基于ANSYS的海洋平台建模方法。

背景技术

进入21世纪以来，陆地资源开发形势严峻，由于海洋蕴藏着丰富的矿产、石油、天然气以及海洋生物等资源，人类已逐渐将资源开发的步伐迈向海洋。但海上的工作环境恶劣，海上油气资源的开发与陆地相比有着更高的难度，对开采设备和技术的要求更高，海洋平台作为海洋资源开发的主要设备在海洋资源的开发中起着至关重要的作用。

在海洋平台的设计阶段，需要综合考虑海洋平台的结构强度、固有频率、模态形状以及水动力等数据，以缩短海洋平台的建造周期，提高经济效益。对海洋平台的数据分析需要依靠建模来实现，由于海上平台的结构复杂，使得利用传统的建模方式会花费大量的人力和时间，且建模和数据分析是两个独立的过程，数据分析通常是依靠技术人员完成，分析结果存在较大的误差；同时建模过程单向建模方式，模型建成后不能做大的修改，如果结构的几何形状尺寸发生改变或建模出现错误时，必须通过人工的方法重新建立新的有限元模型，耗时巨大，工作效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于ANSYS的能够快速建模并能实现结构强度、固有频率、模态形状以及水动力等数据分析的海洋平台建模方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，包括以下步骤：

建立海洋平台数据库，根据海洋平台的结构特性和工作状态将海洋平台进行分类，建立海洋平台模型的数据库；

建立子模块库，在对应的海洋平台类型下建立各海洋平台的子模块，并定义各子模型控制参数，建立参数可调的子模块库；

创建并运行宏文件，在文本编辑器中写入命令集合，并验证所述命令的准确性，然后运行宏文件；

创建可视化专用菜单，编写菜单控制文件，并创建海洋平台的可视化赋值菜单系统；

确定海洋平台的类型，根据目标海洋平台的用途，确定需要建模的目标海洋平台的类型；

选择子模块，选择与目标海洋平台结构近似的子模块作为目标子模块；

建立海洋平台的几何模型，设置目标子模块的控制参数，建立各目标子模块的几何模型；

创建海洋平台的有限元模型，根据子模块的几何模型建立目标海洋平台的有限元模型。

进一步的，所述“创建并运行宏文件”的具体步骤如下：

创建宏文件，并验证宏文件的准确性；

将宏文件的后缀修改为“.mac”；

设置宏文件的存储路径，并将宏文件储存在该存储路径中；

修改启动文件，写入调用对应宏文件的快捷指令，并覆盖原始的启动文件；

重新启动ANSYS，检查调用宏文件的快捷指令是否全部添加成功，然后运行宏文件。

进一步的，所述“创建可视化专用菜单”的具体步骤如下：

创建控制文件头，所述控制文件头表明控制文件的主要信息，所述主要信息包括文件名、对文件的说明以及图形界面GUI的位置信息；

创建构造块结构，根据所述构造块所要实现的功能依次创建对应构造块的头部分、数据控制部分和尾部分，所述构造块包括菜单结构块和功能结构块，所述功能结构块包括命令结构块和帮助结构块；

重新启动ANSYS，观察图形界面的变化，验证可视化专用菜单的准确性。

进一步的，所述“创建构造块结构”的具体步骤如下：

定制菜单项，根据海洋平台的类型分别创建各类型海洋平台的主菜单项，在每一主菜单项下创建各子模块对应的子菜单项，并编写各主菜单项和子菜单项的控制文件；

创建菜单结构块，分别创建各主菜单项和子菜单项的菜单结构块，并将所述菜单结构块存储在指定路径中，然后将控制文件添加至对应的菜单结构块中；

创建命令结构块，根据各子菜单实现的功能分别创建与所述菜单结构块一一对应的命令结构块，并将所述命令结构块存储在指定路径中，实现对各子模块参数赋值的功能。

进一步的，所述“创建海洋平台的有限元模型”的具体步骤如下：

创建骨材及骨材截面，根据目标海洋平台的材料参数，建立各几何模型的骨材和常用骨材截面库；

切割骨材，建立各几何模型的骨材线来对所述骨材进行网格划分。

骨材属性赋值，对划分后的骨材及骨材截面附上相应的属性，建立目标海洋平台的有限元模型。

进一步的，所述海洋平台的类型包括固定式海洋平台、半固定式海洋平台和浮动式海洋平台。

进一步的，所述子模块库中的子模块包括浮体子模块、立柱子模块、甲板子模块、甲板间桁材子模块、螺旋侧板子模块、上层结构子模块软舱子模块和硬舱子模块。

本发明的有益效果：

(1)通过定制快捷指令的方式创建宏文件，即将整个建模过程所需的命令集合全部写入文本编辑器中作为宏文件的启动文件，以调用指定路径中的宏文件，简化了宏文件的创建流程，使得在建模过程能中能够系统化的调用宏文件；

(2)通过创建可视化专用菜单，建立海洋平台类型的确定、子模块的选择以及子模块和骨材参数赋值等菜单，整个建模过程可视化，既提高了建模效率，也降低了出错的风险；

(3)通过建立海洋平台数据库和对应的子模块库，并且各子模块的控制参数可调，技术人员只需通过可视化专用菜单对各子模块的控制参数进行赋值，即可建立目标海洋平台的几何模型和有限元模型，然后借助有限元软件进行后续的结构强度、模块以及水动力分析即可，避免了技术人员的重复工作，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明一种基于ANSYS的海洋平台建模方法的较佳的实施方式的流程图。

图2为图1所示建模方法中创建并运行宏文件的流程图。

图3为图1所示建模方法中创建可视化专用菜单的流程图。

图4为图3所示建模方法中创建构造块结构的流程图。

图5为图1所示建模方法中创建海洋平台的有限元模型的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，具体包括以下步骤：

S1：建立海洋平台数据库。根据海洋平台的结构特性和工作状态将海洋平台进行分类，建立海洋平台模型的数据库，所述海洋平台类型包括固定式海洋平台、半固定式海洋平台和浮动式海洋平台。在本实施方式中，所述海洋平台为浮动式海洋平台，包括半潜式海洋平台、Cell Spar海洋平台、Classic Spar海洋平台和Truss Spar海洋平台。

S2：建立子模块库。根据不同类型的海洋平台，其对应的组成结构有所不同，如半潜式海洋平台主要由浮体、立柱、甲板和上层结构组成，而Classic Spar海洋平台主要由浮体、支柱、甲板螺旋侧板以及硬舱等组成，因此分别在对应类型的海洋平台下建立各自的子模块，所述子模块包括浮体子模块、立柱子模块、甲板子模块、甲板间桁材子模块、螺旋侧板子模块、上层结构子模块软舱子模块和硬舱子模块；然后提取对各子模块形状和内部结构影响程度较大的参数(如浮体的尺寸、浮体间距、板材数量、板材间距等，又如软舱室、硬舱室的数量及舱室内骨材数量等)，将该参数设置为可以调整的控制参数，通过调整控制参数以改变各子模块的形状以及内部的构成形式，以此建立参数可调的子模块库。

S3：创建并运行宏文件。在文本编辑器中写入命令集合，并验证所述命令的准确性，然后运行宏文件。

请参阅图2，所述步骤S3创建并运行宏文件具体步骤如下：

S301：利用文本编辑器创建宏文件。具体的，将建模所需的所有命令集合写入文本编辑器中，以创建各子模块的宏文件以及每个子模块对应的骨材切割的宏文件。在本实施方式中，所述文本编辑器为Windows系统下的记事本。将宏文件中的命令逐条输入ANSYS中查看是否存在参数名不一致、是否隐藏了部分结构、是否存在重复的结构以及各子模块之间的连接是否符合规范要求，以验证宏文件的准确性，避免建模失败。

S302：更改宏文件的扩展名。由于利用记事本编辑的宏文件为TXT格式，ANSYS在对该宏文件进行调用时无法识别该宏文件，因此需要将创建好的宏文件的后缀名修改为“.mac”，以便于在建模时能够对宏文件进行调用。

S303：设置宏文件的存储路径。指定或新建一个文件夹用于储存宏文件，然后将修改后的宏文件储存在该文件夹中，以便于启动ANSYS时能够搜索到该文件夹中的宏文件。

S304：修改启动文件，定制快捷键。具体的，在ANSYS的安装路径中找到原始的启动文件并用记事本打开该启动文件，然后在原始的启动文件中添加调用用户自定义的宏文件的命令并保存，覆盖原始的启动文件。

S305：重新启动ANSYS，检查调用宏文件的快捷指令是否全部添加成功，然后运行宏文件。具体的，手动输入建模的必要参数，点击对应的快捷指令，查看是否能够建立出预期的模型，如果运行出现错误，根据提示查找并修正错误即可。

S4：创建可视化专用菜单。利用UIDL语言编写所述可视化专用菜单的控制文件，然后创建可视化赋值菜单系统，用于对海洋平台的各参数进行赋值。所述控制文件包括一个控制文件头和若干个构造块，所述控制文件头定义了控制文件的主要信息，每一构造块均包含了一系列的控制命令，以用于形成各构造块的图形界面模块，实现专用菜单的可视化。

请参阅图3，所述步骤S4创建可视化专用菜单的具体步骤如下：

S401：创建控制文件头。所述控制文件头是由一组UIDL语言组成的命令，其作用是表明控制文件的主要信息，所述主要信息包括文件名、对文件的说明以及图形界面的位置信息。

S402：创建构造块结构。根据构造块所要实现的功能依次创建构造块的头部分、数据控制部分和尾部分，所述头部分表明了该构造块的名称、类型以及位置信息，所述数据控制部分用于实现该构造块对应的功能，所述尾部分作为所述构造块结束的标注以将两个构造块隔开。所述构造块包括菜单结构块和功能结构块，所述功能结构块包括命令结构块和帮助结构块，各构造块共同提供了ANSYS的菜单信息、命令信息和帮助信息，以便于用户能够在图形界面直观的了解到各种信息。

请参阅图4，所述步骤S402创建构造块结构的具体步骤如下：

S4021：定制菜单项。根据海洋平台的类型分别创建各类型海洋平台的主菜单项，在每一主菜单项下创建各子模块对应的子菜单项，如建立半潜式海洋平台的模型时，其主菜单项为半潜式海洋平台，然后在半潜式海洋平台下创建浮体、立柱、甲板和上层结构等子菜单项，使其能够在用户界面显示，然后编写各主菜单项和子菜单项的控制文件。

S4022：创建菜单结构块。由于主菜单项和子菜单项定制完成后，仅是在形式上添加了菜单项，而点击对应的主菜单项和子菜单项不会出现任何反应，如需实现各菜单项的功能，还需要对其进行定义说明，即增加对应的调用命令。具体的，需创建新的对并将菜单结构块存储在指定路径中，然后将控制文件添加至对应的菜单结构块中。用户创建的菜单结构块的名称需与对应菜单项的名称一致，以确保在建模时能够显示用户自定义的菜单结构块。

S4023：创建命令结构块。在创建菜单结构块对各子菜单项进行定义说明之后，用户点击主菜单项时仅能够显示下级的子菜单项，而点击子菜单项时不能调用对应的子菜单，因此还需根据各子菜单实现的功能分别创建与所述子菜单的菜单结构块一一对应的命令结构块，并将所述命令结构块存储在指定路径中，实现各子模块的调用以及参数赋值的功能。

S403：验证可视化专用菜单的准确性。控制文件头和构造块创建完成后，重新启动ANSYS，点击各主菜单项和子菜单项，观察图形界面的变化，检查各菜单项是否能够实现对应的功能。

S5：确定海洋平台的类型。根据目标海洋平台的用途(如钻井、采油、集运、观测、导航、施工等)，从海洋平台数据库中确定目标海洋平台的类型。

S6：选择子模块。根据选定的目标海洋平台的类型，从子模块库中选择与目标海洋平台各部分形状、结构相似的子模块作为建立海洋平台模型的目标子模块。

S7：建立海洋平台的几何模型。基于目标海洋平台的主要参数(如尺寸、形状、吃水等)与选择的各子模块之间的差异，通过可视化赋值菜单系统设置目标子模块的控制参数，调整各子模块的外部形状和结构，建立各目标子模块的几何模型。

S8：创建海洋平台的有限元模型。根据子模块的几何模型建立目标海洋平台的有限元模型。

请参阅图5，所述步骤S8创建海洋平台的有限元模型的具体步骤如下：

S801：创建骨材及骨材截面，根据目标海洋平台的材料参数(如材料密度、弹性模量和泊松比等)，建立各几何模型的骨材，并建立常用的骨材截面库；再根据目标海洋平台的骨材截面形状和尺寸在常用骨材截面库中选取对应的骨材截面。

S802：切割骨材，建立各几何模型的骨材线，然后对所述骨材线进行网格划分，由于每个几何模型的骨材不完全相同，使得在切割骨材的时候所确定网格尺寸也不完全相同，因此在对每一几何模型进行骨材切割时，需将其他的几何模型暂时隐藏，以保证骨材切割的准确性。

S803：骨材属性赋值。通过可视化赋值菜单系统设置各几何模型的骨材参数，对划分后的骨材附上相应的骨材属性，建立目标海洋平台的有限元模型。

通过上述方法能够快速建立海洋平台的有限元模型，且各结构的参数可调，当目标海洋平台的尺寸发生改变或者建模出现错误时，只需修改对应的参数和错误即可，无需重新建立新的有限元模型，大大缩短了海洋平台在设计阶段的时间。除此之外，海洋平台的有限元模型建立之后，可借助有限元软件直接对海洋平台的结构强度、水动力、模态等进行分析，计算精度大幅提高，并且分析结果能够准确、直观的反映在图形界面中，对技术人员的专业性和熟练度的要求较低，减轻了技术人员的工作量，提高了工作效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立海洋平台数据库，根据海洋平台的结构特性和工作状态将海洋平台进行分类，建立海洋平台模型的数据库；

建立子模块库，在对应的海洋平台类型下建立各海洋平台的子模块，并定义各子模型控制参数，建立参数可调的子模块库；

创建并运行宏文件，在文本编辑器中写入命令集合，并验证所述命令的准确性，然后运行宏文件；

创建可视化专用菜单，编写菜单控制文件，并创建海洋平台的可视化赋值菜单系统；

确定海洋平台的类型，根据目标海洋平台的用途，确定需要建模的目标海洋平台的类型；

选择子模块，选择与目标海洋平台结构近似的子模块作为目标子模块；

建立海洋平台的几何模型，设置目标子模块的控制参数，建立各目标子模块的几何模型；

创建海洋平台的有限元模型，根据子模块的几何模型建立目标海洋平台的有限元模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，所述“创建并运行宏文件”的具体步骤如下：

创建宏文件，并验证宏文件的准确性；

将宏文件的后缀修改为“.mac”；

设置宏文件的存储路径，并将宏文件储存在该存储路径中；

修改启动文件，写入调用对应宏文件的快捷指令，并覆盖原始的启动文件；

重新启动ANSYS，检查调用宏文件的快捷指令是否全部添加成功，然后运行宏文件。

3.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，所述“创建可视化专用菜单”的具体步骤如下：

创建控制文件头，所述控制文件头表明控制文件的主要信息，所述主要信息包括文件名、对文件的说明以及图形界面GUI的位置信息；

创建构造块结构，根据所述构造块所要实现的功能依次创建对应构造块的头部分、数据控制部分和尾部分，所述构造块包括菜单结构块和功能结构块，所述功能结构块包括命令结构块和帮助结构块；

重新启动ANSYS，观察图形界面的变化，验证可视化专用菜单的准确性。

4.根据权利要求3所述的一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，所述“创建构造块结构”的具体步骤如下：

定制菜单项，根据海洋平台的类型分别创建各类型海洋平台的主菜单项，在每一主菜单项下创建各子模块对应的子菜单项，并编写各主菜单项和子菜单项的控制文件；

创建菜单结构块，分别创建各主菜单项和子菜单项的菜单结构块，并将所述菜单结构块存储在指定路径中，然后将控制文件添加至对应的菜单结构块中；

创建命令结构块，根据各子菜单实现的功能分别创建与所述菜单结构块一一对应的命令结构块，并将所述命令结构块存储在指定路径中，实现对各子模块参数赋值的功能。

5.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，所述“创建海洋平台的有限元模型”的具体步骤如下：

创建骨材及骨材截面，根据目标海洋平台的材料参数，建立各几何模型的骨材和常用骨材截面库；

切割骨材，建立各几何模型的骨材线来对所述骨材进行网格划分。

骨材属性赋值，对划分后的骨材及骨材截面附上相应的属性，建立目标海洋平台的有限元模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，所述海洋平台的类型包括固定式海洋平台、半固定式海洋平台和浮动式海洋平台。

7.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的海洋平台建模方法，其特征在于，所述子模块库中的子模块包括浮体子模块、立柱子模块、甲板子模块、甲板间桁材子模块、螺旋侧板子模块、上层结构子模块软舱子模块和硬舱子模块。

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