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ANSYS軟件是應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，其功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)、界面友好。同時(shí)，ANSYS軟件也因其復(fù)雜的操作分析步驟對(duì)工程技術(shù)人員提出了很高的要求。由于工程技術(shù)人員所研究的對(duì)象具有一定的專一性，所以有必要利用ANSYS的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出專用的模塊，提高現(xiàn)場(chǎng)工作的效率。在海洋管道的安裝過(guò)程中，立管提吊是其中的重要環(huán)節(jié)，其形式有多種，主要包括立管提吊、膨脹彎提吊、立管加膨脹彎的提吊。為了保證提吊過(guò)程管道的安全，有時(shí)需要在立管或者膨脹彎上設(shè)置臨時(shí)支撐，還有管道單層、雙層、三層的區(qū)分，因此，立管的形式復(fù)雜多變，建立統(tǒng)一的有限元模型非常困難，ANSYS的二次開(kāi)發(fā)功能很好地解決了這一難題。在ANSYS的操作平臺(tái)下，利用ANSYS提供的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言UIDL和APDL，針對(duì)工程實(shí)際情況，編寫了立管提吊的強(qiáng)度分析程序。該程序根據(jù)用戶輸入的立管參數(shù)，能夠快速準(zhǔn)確地建立立管提吊的各種有限元模型，確定邊界條件，在重力作用下對(duì)立管有限元模型進(jìn)行求解，得到分析結(jié)果，為該施工方案是否可行提供判斷依據(jù)。使用人員利用該程序可以極大地縮短建模時(shí)間，提高工作效率，為工程的順利進(jìn)行提供技術(shù)支持。
ANSYS軟件為用戶設(shè)計(jì)界面提供了專門的設(shè)計(jì)語(yǔ)言UIDL(User Interface Design Language)。UIDL是使用APDL語(yǔ)言編寫和改造ANSYS圖形界面的專用設(shè)計(jì)語(yǔ)言，主要完成以下3種圖形界面的設(shè)計(jì)：主菜單系統(tǒng)及菜單項(xiàng)、對(duì)話框和拾取對(duì)話框、幫助系統(tǒng)。通過(guò)UIDL，用戶可以在擴(kuò)充ANSYS功能的同時(shí)建立起對(duì)應(yīng)的圖形驅(qū)動(dòng)界面，如在主菜單的某位置增加菜單項(xiàng)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的對(duì)話框、拾取對(duì)話框，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的輸入和其他程序運(yùn)行的控制。用UIDL語(yǔ)言編寫的文件稱為控制文件，必須以“.GRN”為擴(kuò)展名。在ANSYS中，所有的菜單和對(duì)話框都是由控制文件來(lái)建立的，這些控制文件是ANSYS安裝目錄下的UIDL文件夾中的UIMENU.GRN，UIMENUI.GRN和UIMENU2.GRN文件。下面以立管提吊的二次開(kāi)發(fā)程序?yàn)槔?jiǎn)要介紹以上文件的編制過(guò)程。
ANSYS中各級(jí)主菜單通過(guò)控制文件UIMENU.GRN文件來(lái)建立。一個(gè)完整的控制文件由控制文件頭和一系列的結(jié)構(gòu)塊來(lái)構(gòu)成，ANSYS界面中的控制文件頭如下：添加以上文字后，在ANSYS界面中顯示的菜單如圖所示，其中的LIFTING菜單就是新添加的菜單。ANSYS的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框和拾取對(duì)話框是通過(guò)控制文件UIMENUI.GRN和UIMENU2.GRN來(lái)編制的，這2個(gè)控制文件的作用是相同的。選擇其中的1個(gè)控制文件，在任意連續(xù)的‘:!”和‘:N”之間添加如下文字：運(yùn)行ANSYS后，點(diǎn)擊Lifting菜單會(huì)彈出如圖所示的對(duì)話框。經(jīng)實(shí)踐證明，在UIDL中可以實(shí)現(xiàn)APDL中的選擇語(yǔ)句，其用法和APDL中的用法是相同的。比如在圖中的對(duì)話框輸入3，則彈出如下的對(duì)話框。
采用ANSYS提供的APDL語(yǔ)言編寫命令流，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化有限元分析的全過(guò)程，極大地提高分析效率，減小分析成本。在程序中，將全部有限元分析過(guò)程用APDL寫進(jìn)Lifting.mae宏文件，并將該宏文件存放在ANSYS安裝目錄下的APDL文件夾中，在UIDL中，用Get命令實(shí)現(xiàn)變量賦值，用Cal命令調(diào)用宏文件，宏文件中的變量和控制文件的變量保持一致，有利于參數(shù)的傳遞。利用APDL參數(shù)化建立立管提吊的流程。
由于立管提吊系統(tǒng)是由吊繩、吊鉤、立管及其加強(qiáng)構(gòu)件組成，加之立管提吊系統(tǒng)主要受重力作用，其他力(如風(fēng)力、波浪力、海流力等)均忽略不計(jì)，所以立管提吊強(qiáng)度分析是僅在重力作用下對(duì)立管提吊系統(tǒng)所做的靜力分析。根據(jù)有限元分析的特點(diǎn)，對(duì)立管提吊系統(tǒng)需要進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，建立力學(xué)模型。簡(jiǎn)化處理如下：立管和吊繩均簡(jiǎn)化成線，吊鉤簡(jiǎn)化成點(diǎn)(固定吊點(diǎn))，簡(jiǎn)化的力學(xué)模型如圖所示。因此，力學(xué)模型是由立管系統(tǒng)的立管與膨脹彎、吊繩、固定吊點(diǎn)組成的超靜定結(jié)構(gòu)。結(jié)合ANSYS提供的有限元單元類型，立管、膨脹彎、斜撐等由管單元PIPE59或者PIPE16來(lái)模擬，吊繩選擇LINK10桿單元來(lái)模擬，法蘭采用質(zhì)量單元立管在提吊過(guò)程中沒(méi)有邊界條件的約束，只在吊鉤處有位移的約束，因此有限元模型的邊界條件只在固定吊點(diǎn)處進(jìn)行X，Y，Z3個(gè)方向的位移約束。由于立管和吊繩系統(tǒng)起吊后不存在邊界約束，這樣會(huì)導(dǎo)致管道邊界處剛度為零，在ANSYS程序中默認(rèn)為1個(gè)接近于零的數(shù)，這樣會(huì)導(dǎo)致整體剛度矩陣的奇異性，導(dǎo)致ANSYS計(jì)算得到的結(jié)果不合理。
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