ABAQUS有限元分析与案例精通 在海洋石油工程中的应用PDF电子书下载

第1篇 基础篇 1

第1章 绪论 1

本章导读与知识要点 1

1.1 有限元的基本思想与发展 1

1.1.1 有限元法的基本思想 1

1.1.2 有限元法的发展 6

1.2 ABAQUS软件 7

1.3 海洋石油工程的发展 8

1.4 海洋石油工程中的典型有限元问题 9

1.4.1 结构静力分析 9

1.4.2 结构模态分析 10

1.4.3 瞬态动力学分析 10

1.4.4 热力学分析 10

1.4.5 结构优化分析 10

1.4.6 流体分析 11

1.5 本章小结 11

第2章 有限元法的理论基础 12

本章导读与知识要点 12

2.1 弹性力学基础 12

2.1.1 弹性力学的物理量 12

2.1.2 弹性力学基本方程 15

2.1.3 平面问题定义 18

2.2 平面问题有限元法 20

2.2.1 结构离散 21

2.2.2 单元位移函数 21

2.2.3 单元应变和应力 25

2.2.4 单元刚度矩阵 26

2.2.5 载荷等效移置 28

2.2.6 整体刚度矩阵 30

2.2.7 位移约束 32

2.2.8 有限元的解 34

2.2.9 结果显示和分析 34

2.3 平面应力有限元法算例 34

2.3.1 基于3节 点三角形单元的矩形薄板分析 35

2.3.2 矩形薄板MATLAB算例分析 38

2.4 本章小结 43

第3章 ABAQUS有限元分析基础 45

本章导读与知识要点 45

3.1 ABAQUS的分析模块 45

3.2 ABAQUS/CAE简介 48

3.2.1 ABAQUS/CAE的启动 48

3.2.2 ABAQUS/CAE主窗口的组成 49

3.2.3 有限元分析步骤 51

3.2.4 ABAQUS主要功能模块 52

3.2.5 帮助指南 54

3.3 快速入门——矩形薄板的ABAQUS分析实例 55

3.3.1 问题描述 55

3.3.2 启动ABAQUS/CAE 56

3.3.3 创建平面矩形薄板几何模型 57

3.3.4 创建材料和截面属性 59

3.3.5 定义装配件 61

3.3.6 设置分析步 61

3.3.7 定义耦合关系 61

3.3.8 定义载荷和边界条件 62

3.3.9 划分网格 63

3.3.10 提交分析作业 65

3.3.11 后处理 66

3.3.12 退出ABAQUS/CAE 70

3.4 矩形薄板的2单元分析实例 70

3.4.1 创建平面矩形薄板几何模型 70

3.4.2 创建材料和截面属性 71

3.4.3 定义装配件 71

3.4.4 设置分析步 71

3.4.5 定义载荷和边界条件 71

3.4.6 划分网格 72

3.4.7 提交作业及后处理 72

3.4.8 结果对比 75

3.5 本章小结 75

第4章 ABAQUS的INP文件用法与实例 76

本章导读与知识要点 76

4.1 ABAQUS常用文件 76

4.2 INP文件用法 78

4.2.1 INP文件组成 78

4.2.2 生成INP文件 81

4.2.3 修改INP文件 81

4.2.4 导入INP文件 81

4.3 INP文件常用关键字 83

4.4 悬臂梁INP应用实例 86

4.4.1 问题描述 86

4.4.2 撰写INP文件 87

4.4.3 导入INP文件 89

4.4.4 提交作业 90

4.4.5 查看结果 91

4.5 本章小结 93

第5章 海洋环境载荷理论基础 94

本章导读与知识要点 94

5.1 风载 95

5.1.1 设计风速 95

5.1.2 风力表达式 96

5.2 波浪载荷 97

5.2.1 波浪力分类 97

5.2.2 波浪力计算方法 98

5.2.3 不同尺度结构物的波浪力计算 98

5.3 海流载荷 100

5.3.1 海流分类 100

5.3.2 海流力计算 101

5.4 海冰载荷 102

5.4.1 海冰与海上结构物的相互作用 102

5.4.2 海冰静冰力计算 103

5.4.3 海冰动冰力计算 105

5.5 地震载荷 106

5.5.1 地震力的计算 106

5.5.2 地震的动力响应分析 107

5.6 载荷的组合 108

5.7 本章小结 108

第2篇 工程案例篇 109

第6章 有限元法在海上平台压力容器中的应用 109

本章导读与知识要点 109

6.1 技术背景 109

6.1.1 海洋平台 109

6.1.2 压力容器 112

6.2 压力容器静力学分析 113

6.2.1 问题分析 115

6.2.2 创建部件 116

6.2.3 定义材料和截面属性 117

6.2.4 定义装配件 118

6.2.5 设置分析步 119

6.2.6 定义接触 119

6.2.7 定义载荷和边界条件 119

6.2.8 划分网格 122

6.2.9 提交分析作业 123

6.2.10 后处理 123

6.3 基于振动理论的压力容器模态分析 125

6.3.1 线性动力学分析简介 125

6.3.2 模态分析 125

6.3.3 瞬态动力学分析 126

6.3.4 问题描述 127

6.3.5 设置分析步 128

6.3.6 定义载荷和边界条件 131

6.3.7 划分网格 132

6.3.8 提交分析作业及后处理 133

6.4 压力容器热力学分析 136

6.4.1 热力学分析概述 136

6.4.2 问题描述 137

6.4.3 创建部件 139

6.4.4 定义材料和截面属性 140

6.4.5 定义装配件 140

6.4.6 设置分析步 140

6.4.7 定义接触 141

6.4.8 定义载荷和边界条件 142

6.4.9 划分网格 143

6.4.10 提交分析作业 143

6.4.11 后处理 144

6.5 本章小结 145

附：本章实例INP文件及注释 145

第7章 海洋导管架平台整体结构分析 151

本章导读与知识要点 151

7.1 导管架平台概述 151

7.2 导管架平台整体结构的静力分析 153

7.2.1 问题分析 154

7.2.2 创建部件 157

7.2.3 创建材料和截面属性 158

7.2.4 定义装配件 163

7.2.5 设置静态分析步 165

7.2.6 定义接触 166

7.2.7 定义载荷和边界条件 167

7.2.8 划分网格 170

7.2.9 提交作业及查看结果 171

7.3 导管架平台的模态分析 172

7.3.1 设置分析步 174

7.3.2 提交作业及查看结果 174

7.4 本章小结 178

附：本章实例INP文件及注释 178

第8章 海洋钻井隔水导管的响应分析 181

本章导读与知识要点 181

8.1 海洋立管概述 181

8.1.1 钻井隔水管 182

8.1.2 顶张力立管 182

8.1.3 钢悬链线立管 183

8.1.4 柔性立管 183

8.1.5 塔式立管 183

8.2 海洋钻井隔水导管响应分析 183

8.2.1 问题描述 183

8.2.2 创建模型 186

8.2.3 设置材料属性 186

8.2.4 定义装配件 187

8.2.5 设置分析步 187

8.2.6 定义载荷和边界条件 189

8.2.7 划分网格 193

8.2.8 INP关键字编辑 193

8.2.9 后处理与查看结果 195

8.3 本章小结 199

附：本章实例部分INP文件及注释 199

第9章 海洋平台桩腿与海底土相互作用模拟 203

本章导读与知识要点 203

9.1 桩土相互作用概述 203

9.2 P-y曲线理论 204

9.2.1 软黏土中的P-y曲线 204

9.2.2 硬黏土中的P-y曲线 205

9.2.3 砂土中的P-y曲线 205

9.3 平台桩土相互作用分析 206

9.3.1 创建模型 208

9.3.2 设置材料属性 208

9.3.3 定义装配件 210

9.3.4 设置分析步 210

9.3.5 相互作用 210

9.3.6 定义载荷和边界条件 211

9.3.7 划分网格 213

9.3.8 INP关键字编辑 213

9.3.9 后处理与查看结果 213

9.4 本章小结 215

附A：本章实例INP文件及注释 216

附B：P-y曲线数据表 218

第10章 海底管道的落物碰撞分析 220

本章导读与知识要点 220

10.1 海洋落物理论及计算方法 220

10.2 非线性动力学分析概述 222

10.3 管道落物碰撞分析实例 223

10.3.1 问题描述 223

10.3.2 创建部件 224

10.3.3 定义材料和截面属性 226

10.3.4 定义装配件 227

10.3.5 设置分析步 228

10.3.6 定义接触 229

10.3.7 定义边界条件和载荷 231

10.3.8 划分网格 232

10.3.9 提交分析作业 233

10.3.10 后处理 234

10.4 本章小结 236

附：本章实例INP文件及注释 237

第11章 海洋智能球形双封封堵器橡胶密封圈的非线性分析 239

本章导读与知识要点 239

11.1 非线性理论 239

11.1.1 边界非线性 240

11.1.2 几何非线性 240

11.1.3 材料非线性 241

11.2 材料非线性理论及计算方法 242

11.2.1 实验数据定义橡胶材料 242

11.2.2 Mooney-Rivlin模型定义橡胶材料 242

11.3 海洋智能球形双封封堵器橡胶密封圈的分析（试验数据） 244

11.3.1 海洋智能封堵技术概述 244

11.3.2 案例及问题分析 245

11.3.3 创建部件 247

11.3.4 创建材料和截面属性 248

11.3.5 定义装配件 251

11.3.6 设置分析步 251

11.3.7 定义接触 252

11.3.8 定义载荷和边界条件 252

11.3.9 划分网格 253

11.3.10 提交分析作业 255

11.3.11 后处理 255

11.4 海洋智能球形双封封堵器橡胶密封圈的分析（Mooney-Rivlin模型） 259

11.4.1 问题描述 259

11.4.2 创建材料和截面属性 260

11.4.3 结果分析 260

11.5 本章小结 262

附：本章实例INP文件 262

第12章 海洋石油装备的结构优化设计 268

本章导读与知识要点 268

12.1 优化设计基础 268

12.1.1 拓扑优化 269

12.1.2 形状优化 270

12.1.3 尺寸优化 271

12.1.4 优化术语 271

12.1.5 求解优化问题的步骤 272

12.2 L形连接件的拓扑优化设计实例 273

12.2.1 问题描述 273

12.2.2 创建部件 274

12.2.3 定义材料和截面属性 275

12.2.4 定义装配件 275

12.2.5 设置分析步 275

12.2.6 定义载荷及边界条件 275

12.2.7 划分网格 276

12.2.8 拓扑优化分析 276

12.2.9 提交分析作业 280

12.2.10 后处理 281

12.2.11 结果对比分析 283

12.3 L形连接件的形状优化设计实例 286

12.3.1 问题描述 286

12.3.2 形状优化分析 286

12.3.3 结果分析 288

12.4 换档控制臂的尺寸优化设计实例 289

12.4.1 问题描述 289

12.4.2 尺寸优化分析 290

12.4.3 创建优化任务 293

12.4.4 优化结果 293

12.4.5 聚类优化结果 294

12.5 本章小结 295

附：本章实例INP文件及注释 296

第13章 海底悬空管道的流体卡门涡街分析 301

本章导读与知识要点 301

13.1 流体理论概述 301

13.2 海底单管悬空管道的流体卡门涡街分析 302

13.2.1 卡门涡街概述 302

13.2.2 问题描述 304

13.2.3 创建海底管跨模型 305

13.2.4 定义材料属性和创建截面 305

13.2.5 定义装配件及分析步 307

13.2.6 定义载荷和边界条件 307

13.2.7 划分网格 309

13.2.8 提交作业与后处理 309

13.3 海洋管束的流体分析 311

13.3.1 海洋管束技术背景 311

13.3.2 问题描述 311

13.3.3 创建串列双管束模型 312

13.3.4 定义载荷和边界条件 312

13.3.5 结果与后处理 312

13.4 本章小结 315

附：本章实例INP文件及注释 315

附录 319

附录A 中文索引 319

附录B 英文索引 325

附录C 主要符号表 331

附录D ABAQUS单元的命名 335

附录E 常用物理量 336

参考文献 340

致谢 341