abaqus系泊分析的案例
ANSYS AQWA系泊分析：漂浮式海洋牧場養(yǎng)殖裝置系泊系統(tǒng)設計
2）分析系泊系統(tǒng)部分失效狀態(tài)下的性能，結果表明：受到最大張力的系泊線因意外斷裂時，其余錨鏈在生存工況下安全系數(shù)仍大于所規(guī)定的系泊安全系數(shù)，說明該系泊方案設計具有足夠的安全性。
本文原刊于《船舶工程》2022年第3卷；作者/馬勇等
【浮體分析小品】一艘小躉船的系泊分析與校核
前幾個月做了一個小躉船的系泊分析，這里發(fā)個簡單介紹跟大家分享一下經驗。
一、基本數(shù)據
躉船排水量30噸，如圖所示。
服役地點在中國南海中南部。委托方不能給出環(huán)境條件， 考慮到躉船服役期比較短，我根據以往經驗和APIRP2SK的要求給出了一組設計條件：
有義波高Hs=4.30m
譜峰周期Tp=10.5s
使用Jonswap譜，Gamma值1.80
一小時平均風速15m/s
流速0.93m/s
考慮到需要進行纜繩破斷計算，系泊系統(tǒng)設計成4X2，共8根，每包括兩跟系泊纜繩。
二、分析方法和流程
躉船水動力通過AQWA計算，系泊通過Orcaflex計算。系泊分析遵循API-RP-2SK規(guī)范進行，分為如下步驟：
1.使用AQWA-Line對平臺進行水動力計算，給出平臺的一階、二階波浪載荷，輻射阻尼、幅值相應算子RAO。使用全QTF法得出全QTF矩陣，以便對比分析是否存在二階淺水效應；
2.將AQWA-Line得到的水動力分析數(shù)據輸入到Orcaflex里面，建立系泊分析模型；
3.對比不同二階載荷分析方法計算結果，分析是否存在二階淺水效應；
4.針對設計海況進行系泊 ，考慮到平臺本身和系泊系統(tǒng)的對稱性，計算環(huán)境來向角度分別為0°、45°、90°。風浪流均為共線同一方向。根據API-RP-2SK推薦做法，每個工況進行5次不同波浪種子的計算，每次計算為3個小時。5次計算的平均值作為設計結果。分析工況包括平臺系泊系統(tǒng)完整工況及單根系泊纜破斷兩個主要工況。
三、分析結果
計算了三個環(huán)境來向作用下系泊系統(tǒng)完整、單根纜繩破斷狀態(tài)下系泊纜張力計平臺運動情況。
展開 【分析實例】南海淺水惡劣環(huán)境下單點FPSO系泊系統(tǒng)設計
圖1 不同配重重量對系泊纜恢復力特性影響
FPSO系泊系統(tǒng)采用分組布置，具體為4根系泊纜為一組，分為三組，整個系泊系統(tǒng)由12根系泊纜組成，單組中纜繩間距4°，每組纜繩間距108°。
圖2 系泊布置
根據ABS規(guī)范對于單點系泊系統(tǒng)系泊分析環(huán)境角度組合建議，對兩種系泊半徑系泊布置進行掃略分析。為了快速得到設計值，分析中采用Ariane作為分析軟件。計算結果表明：當FPSO壓載時纜繩張力較大；當系泊半徑為1200m時，纜繩張力載荷較小，F(xiàn)PSO位移較大。由于當前鋼鏈直徑已經較大，處于安全系數(shù)考慮，系泊半徑1200m方案作為最終的系泊系統(tǒng)設計方案。
表2 兩個系泊系統(tǒng)掃略分析結果比較（系泊系統(tǒng)完整工況）
系泊半徑950m
系泊半徑1200m
系泊系統(tǒng)狀態(tài)
完整
完整
FPSO裝載狀態(tài)
滿載
壓載
滿載
壓載
最大偏移 [m]
26.7
20.9
31.30
23.70
最大張力[Tons]
1097.05
929.74
1007.63
887.92
最小安全系數(shù)
1.58
1.86
1.72
1.95
3.耦合分析
為了確保設計的系泊系統(tǒng)能夠滿足立管設計要求需進行立管-系泊系統(tǒng)耦合分析，選取典型工況分別使用Ariane 和Orcaflex進行分析。由于Arian并不能考慮纜繩動態(tài)響應，在添加了動力放大系數(shù)進行修正后，纜繩張力結果與Orcaflex計算結果非常接近，但FPSO偏移值小于Orcaflex計算結果，因而有必要進行立管-系泊系統(tǒng)耦合計算來進一步的分析。
展開 【系泊分析小品】半潛鉆井平臺橫撐的拖曳力線性化
在時域分析中，桿件的粘性力可以在各個時間步長內就行求解，但在頻域內，需要對Cd|u|項進行線性化處理，線性化處理的前提是要有給定的不規(guī)則波環(huán)境條件。
指定環(huán)境條件為Hs=3.0m，Tp=10s。
對平臺進行計算后比較升沉RAO如圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，桿件對于升沉的阻尼作用還是較為明顯的。
前文已經說過，時域分析中可以完全考慮Morrison粘性力的作用，為何還要在頻域中進行計算？
從粘性載荷方程可以知道，不同海況下平臺運動速度不同，產生的阻尼作用也就不同。在設計階段，想要準確的掌握平臺運動性能，頻域運動分析是必不可少的。
另外，在立柱、浮箱中心軸線建立Morrison桿件，通過計算能夠估算出平臺大概的粘性阻尼，這些結果可以經過換算后對水動力模型就行阻尼修正，這對于后續(xù)的分析也非常有幫助。
展開 
Abaqus 非線性屈曲分析方法 附ABAQUS分析手冊分析卷下載
當然，對于方筒這類實際上是通過顯示方法實現(xiàn)的，更準確的講是動力屈曲分析，所以我們還得判斷動能、塑形耗散等能量參數(shù)，才能使結果更加準確。
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基于Abaqus的建筑結構隔震分析 附ABAQUS建筑結構分析應用下載
本文通過時程分析的方法，考察隔震結構在大震作用下的性能，結果顯示，在大震作用下，結構的整體響應，無論是位移角還是結構的剪力，與小震結果都有明顯差異，隔震支座對結構性能的改善，主要體現(xiàn)在結構的上部，對結構的中下部則較小，且不再滿足規(guī)范中對剪力降低50%的要求。另一方面，非線性的影響會對結構的計算結果起到放大作用，使微小差異的結構方案在大震作用中表現(xiàn)出明顯不同的抗震性能。
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Abaqus超彈性材料分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
三、后處理
1、位移云圖
圖8 位移云圖
2、應力云圖
圖9 接觸定義
下載地址：Abaqus 分析用戶手冊材料卷
Abaqus的響應譜分析 附Abaqus頻響分析完整過程下載
在ABAQUS中，響應譜分析是分為兩步完成的，第一步需要設置一個頻率提取分析步，提取結構的前幾階固有頻率；在第二個分析步中設置響應譜分析。
值得注意的是，譜分析的激勵是在step中加載的，不需要在load中進行設置。
下載地址：Abaqus頻響分析完整過程
Abaqus子結構與子模型分析技術 附ABAQUS結構工程分析及實例詳解文檔下載
-通過2個工程案例學習Abaqus中的子結構與子模型分析技術”
子結構與子模型技術在Abaqus中屬于模擬抽象化的范疇，所有Abaqus模型都涉及一定程度的抽象，但是除了傳統(tǒng)有限元的抽象方法之外，還可以通過以下幾種模擬抽象化技術來降低求解成本。
子結構
子模型
生成矩陣
對稱模型生成、結果傳遞和循環(huán)對稱模型
周期介質分析
網格劃分的梁橫截面
擴展有限元方法（XFEM）
適當?shù)乩眠@些抽象化建模技術可以極大地提高Abaqus的分析效率，本期文章介紹一下子結構和子模型技術。
01
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子結構
在有限元分析里，子結構也叫超級單元，是由多個單元組成的一個“整體單元”，它在線性分析的基礎上消除了“整體單元”中保留節(jié)點以外所有節(jié)點的自由度；子結構的系統(tǒng)矩陣（剛度、質量）也被縮聚成較小的矩陣，可以根據需求恢復內部求解。
很多實際工程結構都比較龐大，導致完整結構的有限元模型計算量超出計算機的硬件資源，對于具有線性響應的此類問題，可以使用子結構縮聚的方法，在一般配置的計算機上來求解完整結構的響應。
展開 Abaqus預應力模態(tài)分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
預應力模態(tài)
模態(tài)分析是一個線性攝動分析，只能進行線性求解。在動力學方程中，其載荷矩陣和阻尼矩陣為0，特征值的提取只取決于剛度矩陣和質量矩陣。而結構在外載荷的作用下剛度矩陣會發(fā)生變化，也就間接影響了結構的固有頻率。而預應力狀態(tài)下，我們不清楚剛度矩陣的變化對模態(tài)頻率的影響時，便需要進行預應力模態(tài)分析。
Abaqus預應力模態(tài)求解
分析流程如下：第一步先進行非線性靜力學求解——第二步進行模態(tài)提取
需要注意的是第一步求解時必須打開幾何非線性，即NLGEOM = YES 否則第一步求解完成后剛度矩陣不會改變，模態(tài)頻率也就不會發(fā)生變化。第二步模態(tài)求解無需設置PERTURBATION（線性攝動）或幾何非線性，軟件默認在開啟幾何非線性的后續(xù)分析步中繼續(xù)保持。
另外，第一步非線性靜力求解的材料非線性，接觸等都會對結構的剛度矩陣產生影響，進而改變模態(tài)頻率。材料如果進入塑性，相應的切向模量會降低，進而導致結構剛度矩陣變小。
靜力分析下接觸狀態(tài)的改變也會對剛度矩陣產生影響。Abaqus在進行預應力模態(tài)分析時對接觸的處理如下：第一步進行非線性接觸分析，軟件會把第一步分析結果的接觸區(qū)域作為第二步模態(tài)分析的作用區(qū)域，而第一步分析結果的接觸面分開區(qū)域不予考慮。需要注意的是，在進行第二步模態(tài)分析時，接觸區(qū)域并不是簡單的直接轉變?yōu)門ie處理，而是通過附加接觸剛度來進行求解。
Abaqus重啟動設置
重啟動分析方式是一種很便捷的模式。比如，我們需要算在預應力狀態(tài)下的模態(tài)，振動，沖擊等等一系列工況，而如果不進行重啟動分析，則每個分析工況下都需要重新計算預應力工況，對于大模型，嚴重影響計算效率；而進行重啟動設置后，預應力工況只需計算一次。
展開 abaqus有限元分析過程 附ABAQUS有限元分析常見問題解答下載
11.單元分類
1.分類方法：實體單元；殼單元；梁單元；彈簧單元；剛體單元；桁架單元；集中質量單元
也可以分為：
a.一維、二維和三維單元
b.線形、二次和三次單元
c.協(xié)調單元和非協(xié)調單元
d.傳彎單元和非傳彎單元
e.結構單元和非結構單元
下載地址：ABAQUS有限元分析常見問題解答
疲勞分析|Abaqus Goodman方法案例操作 附ABAQUS疲勞分析簡介下載
Abaqus/View結果讀取
讀取分析歷程中的最大交變應力和最小交變應力云圖
新建場變量：Alternating Stress和Mean Stress
根據公式：
在Abaqus后處理新建場變量
輸出場變量值到Excel
針對新建場，輸出單元積分點對應的交變應力和平均應力，并輸出到Excel，與Goodman圖一并繪制。
上圖，
仿真所得單元積分點落到
曲線的上方或下方，
處于上方為疲勞壽命沒達到
臨
界曲值
10
E5
次。
下載地址：ABAQUS疲勞分析簡介
Abaqus有限元分析不收斂該怎么辦？ 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷文檔下載
阻尼的添加方式主要有四種：
①材料阻尼或自穩(wěn)定系數(shù)，CDP模型中就有viscosity；部分損傷材料提供Stablization Cohesive系數(shù)；動力分析中可以定義Damping，但是對于靜力分析，材料Damping定義是無作用的；
②單元自穩(wěn)定系數(shù)，不是所有單元都有的，其中Cohesive單元經常會定義上；
③自動穩(wěn)定設置，類似全局阻尼，可以避免由于塑性 絞/帶、屈曲或失穩(wěn)導致的不收斂問題；
④接觸阻尼或自穩(wěn)定系數(shù)，接觸屬性中可以定義阻尼；接觸控制中定義阻尼自穩(wěn)定系數(shù)，不太常用，位于Interaction模塊->Contact Controls（接觸對）或Contact Stabilization（通用接觸），如果沒有接觸問題就不用定義。
下載地址：Abaqus 分析用戶手冊材料卷文檔下載
展開 Abaqus接觸非線性在有限元計算分析中的應用 附莊茁ABAQUS非線性有限元分析與實例下載
來源：有限元在線
ABAQUS的非線性主要在有三種：幾何非線性，材料非線性以及接觸非線性。接觸非線性在ABAQUS的有限元計算分析中應用非常廣泛，特別是動態(tài)顯式的求解，只要模型中包含兩個以上相互接觸的部件，就要用到接觸非線性。
ABAQUS接觸非線性的設置主要在Interation模塊中完成，設置接觸的屬性時，可以設置摩擦系數(shù)，阻尼系數(shù)，損壞，失效準則等非線性參數(shù)，如圖1所示。
如圖2所示，在接觸定義界面，可以選擇通用接觸、面-面接觸、自接觸等各種非線性接觸方式。
在接觸編輯界面，可以選擇機械約束方式為運動學接觸算法，或是懲罰接觸方式，還可選擇滑移方式為有限滑移或小滑移，如圖3所示。
這是對模型定義非線性接觸后得到的分析結果，以供參考。
下載地址：莊茁ABAQUS非線性有限元分析與實例
展開 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應力分析淺析 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應力分析淺析
在實際情況下，很多結構都采用螺栓連接的方式，如何考慮螺栓連接、對連接螺栓的分析計算是個難點。目前的常規(guī)做法通常有兩種：1.簡化，用RBE2和beam梁來代替螺栓，這樣不能反映連接螺栓真實應力，圖1為某結構連接螺栓簡化的beam梁應力云圖，沒有接觸應力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結構帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結果（圖3）：
圖3 計算結果
那么，有什么好辦法可以不用簡化帶螺紋螺栓，不用直接做出帶螺紋螺栓，又能得到足夠精確的結果？
運用大型通用非線性有限元分析軟件Abaqus，只需要在接觸定義中設置跟實際螺紋形狀有關聯(lián)的參數(shù)，如牙角、螺距、螺栓小徑等，就可以模擬真實的連接螺栓接觸狀況。既可以得到足夠精確的分析結果，又節(jié)省了時間專注進行其他的分析設置。如圖4，為連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓：
圖4 連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓
圖5為某結構直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結構直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
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