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ANSYS軟件是應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，其功能強大、通用性強、界面友好。同時，ANSYS軟件也因其復(fù)雜的操作分析步驟對工程技術(shù)人員提出了很高的要求。由于工程技術(shù)人員所研究的對象具有一定的專一性，所以有必要利用ANSYS的二次開發(fā)語言開發(fā)出專用的模塊，提高現(xiàn)場工作的效率。在海洋管道的安裝過程中，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。為了保證提吊過程管道的安全，有時需要在立管或者膨脹彎上設(shè)置臨時支撐，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的二次開發(fā)功能很好地解決了這一難題。在ANSYS的操作平臺下，利用ANSYS提供的二次開發(fā)語言UIDL和APDL，針對工程實際情況，編寫了立管提吊的強度分析程序。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，在重力作用下對立管有限元模型進行求解，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間，提高工作效率，為工程的順利進行提供技術(shù)支持。
ANSYS軟件為用戶設(shè)計界面提供了專門的設(shè)計語言UIDL(User Interface Design Language)。UIDL是使用APDL語言編寫和改造ANSYS圖形界面的專用設(shè)計語言，主要完成以下3種圖形界面的設(shè)計：主菜單系統(tǒng)及菜單項、對話框和拾取對話框、幫助系統(tǒng)。通過UIDL，用戶可以在擴充ANSYS功能的同時建立起對應(yīng)的圖形驅(qū)動界面，如在主菜單的某位置增加菜單項，設(shè)計對應(yīng)的對話框、拾取對話框，實現(xiàn)參數(shù)的輸入和其他程序運行的控制。用UIDL語言編寫的文件稱為控制文件，必須以“.GRN”為擴展名。在ANSYS中，所有的菜單和對話框都是由控制文件來建立的，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發(fā)程序為例簡要介紹以上文件的編制過程。
ANSYS中各級主菜單通過控制文件UIMENU.GRN文件來建立。一個完整的控制文件由控制文件頭和一系列的結(jié)構(gòu)塊來構(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)對話框和拾取對話框是通過控制文件UIMENUI.GRN和UIMENU2.GRN來編制的，這2個控制文件的作用是相同的。選擇其中的1個控制文件，在任意連續(xù)的‘:!”和‘:N”之間添加如下文字：運行ANSYS后，點擊Lifting菜單會彈出如圖所示的對話框。經(jīng)實踐證明，在UIDL中可以實現(xiàn)APDL中的選擇語句，其用法和APDL中的用法是相同的。比如在圖中的對話框輸入3，則彈出如下的對話框。
采用ANSYS提供的APDL語言編寫命令流，從而實現(xiàn)參數(shù)化有限元分析的全過程，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程用APDL寫進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，所以立管提吊強度分析是僅在重力作用下對立管提吊系統(tǒng)所做的靜力分析。根據(jù)有限元分析的特點，對立管提吊系統(tǒng)需要進行簡化處理，建立力學(xué)模型。簡化處理如下：立管和吊繩均簡化成線，吊鉤簡化成點(固定吊點)，簡化的力學(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來模擬，吊繩選擇LINK10桿單元來模擬，法蘭采用質(zhì)量單元立管在提吊過程中沒有邊界條件的約束，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處進行X，Y，Z3個方向的位移約束。由于立管和吊繩系統(tǒng)起吊后不存在邊界約束，這樣會導(dǎo)致管道邊界處剛度為零，在ANSYS程序中默認為1個接近于零的數(shù)，這樣會導(dǎo)致整體剛度矩陣的奇異性，導(dǎo)致ANSYS計算得到的結(jié)果不合理。
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