海洋工程:海上平台自振频率分析

一、计算任务描述:

工程背景:海上平台在海洋岩土工程中广泛应用,如海上石油钻井平台,海上风电基础平台等。

模拟的工程价值和意义:海洋平台由其承台和开口钢管桩群组成,在海上易受风荷载、浪荷载、洋流荷载和地震荷载等随机荷载的影响,外荷载频率有可能与结构的自振频率相近而引发共振效应,使结构发生较大的变形而产生变形和倾覆等危险,故而研究海上平台的自振频率具有较高的工程价值。

任务:该模型模拟海上平台的自振频率分析,平台包含承台和承台底下的支撑刚柱,支撑柱为变化桩径的开口钢管桩,嵌入承台之中。



二、仿真计算采用的设备基本情况

1)处理器为 Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ CPU @ 2.80GHz   2.81 GHz

(支持超频,4核8个逻辑处理器)

2)内存为8.00 GB

3)操作系统为64 位(基于 x64 的处理器)



三、计算模型的处理技术

该模型采用Abaqus的线性摄动分析步和标准处理器(隐式处理器),具有收敛性好,计算效率高的优点;

模型为3D建模,网格类型为3D实体单元;

开口钢管桩嵌入承台当中,且开口钢管桩与承台间的接触采用绑定接触。



四、模型的建立

完整模型尺寸:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图1



承台的模型建立:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图2

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图3



单个桩柱的模型建立:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图4

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图5



网格的划分:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图6



模型的边界条件:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图7



桩柱与承台绑定:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图8


五、结果

对应各阶振型频率下的应力分布:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图9

一阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图10

二阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图11

三阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图12

四阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图13

五阶振型

对应各阶振型频率下的应变分布:

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图14

一阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图15

二阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图16

三阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图17

四阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图18

五阶振型

对应各阶振型频率下的位移场分布

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图19

一阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图20

二阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图21

三阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图22

四阶振型

(海洋工程)海上平台的自振频率分析的图23

五阶振型


六、方法计算的机时耗费情况:

该模型计算效率和精度高,在处理器为 Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ CPU @ 2.80GHz   2.81 GHz(支持超频,4核8个逻辑处理器),内存为8.00 GB,操作系统为64 位(基于 x64 的处理器)的情况下,建模过程需耗费6个小时的时长完成建模,提交运算仅需10分钟以内即可获得模型提交后的结果。



七、仿真计算的结果分析:

从振型分析来看,在一阶和二阶自振频率下,结构的共振主要存在于承台中间的开口桩上;

在三阶和四阶自振频率下,桩群基础的上部和整个承台的位移量较大,且自振频率越高,该变形幅度越大;

该分析结果,为桩群基础的设计,减小承台左右摇摆幅度,以及如何避免共振提供了依据。



结论:

该模型分析了海上平台的自振频率和对应振型,该分析结果,为桩群基础的设计,减小承台左右摇摆幅度,以及如何避免共振提供了依据,具有较高的工程应用和商业应用的技术参考价值,模型计算效率和精度高,可在工程领域中推广应用。



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