Ansys模拟海上单桩风机的时候,如何解决桩基(PIPE单元)和塔筒(Solid单元)的连接问题,法兰该怎么建模,有什么好的办法吗?

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各位大佬,救急救急,准备用ansys的建立一个海上单桩风机的时候,因为要模拟水动力的问题,桩基使用PIPE单元和塔筒用Solid单元的连接问题,也就是怎么模拟连接法兰的问题,直接连接计算不了,显示连接不上,求大佬指点,可以有偿

Ansys模拟海上单桩风机的时候,如何解决桩基(PIPE单元)和塔筒(Solid单元)的连接问题,法兰该怎么建模,有什么好的办法吗?的图1


Ansys模拟海上单桩风机的时候,如何解决桩基(PIPE单元)和塔筒(Solid单元)的连接问题,法兰该怎么建模,有什么好的办法吗?的图2


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Hertz Ho

你这问题碰上过,当年给石油平台做风机基础时也折腾过法兰连接。先说核心矛盾——PIPE单元是梁模型,SOLID单元是体模型,节点自由度都不匹配,直接连肯定报错。给你三个实操方案,再留两个坑让你跳:


方案一:刚性过渡段(最快但最糙)

  1. 在法兰位置建个0.5m厚的过渡环(用SHELL181单元),内径匹配PIPE外径,外径匹配塔筒SOLID的内径。
  2. 用*CERIG命令把PIPE端部节点与SHELL内环节点建立刚性约束,公式写:CERIG,MasterNode,SlaveNode,UXUYUZROTXROTYROTZ
  3. 塔筒SOLID底部节点与SHELL外环节点用*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY绑定,注意要选"耦合刚体运动"选项。

方案二:多点约束(MPC,最准但最慢)

  1. 在法兰接触面建两圈节点,内圈对应PIPE端部,外圈对应SOLID底部。
  2. 用*MPC184单元建立径向+轴向约束,公式写:KEYOPT(1)=3(刚性梁),KEYOPT(2)=1(仅平动约束)。
  3. 关键操作:在MPC属性里设"DOF=123456"激活所有自由度耦合,但要把SOLID侧的ROTZ自由度用*EQUATION手动释放,避免过约束。

方案三:接触大法(最真但最脆)

  1. 法兰面建3D接触对,目标面用TARGE170覆盖PIPE端部,接触面用CONTA174覆盖SOLID底部。
  2. 接触算法选"Augmented Lagrange",法向刚度KN设为1e6,但要在*CONTACT里加"KEYOPT(5)=2"打开初始穿透调整。
  3. 摩擦系数按实际情况给,干摩擦0.3,有海藻附着的话降到0.15。

现在挖坑给你跳:

  1. 你法兰螺栓孔怎么建模的?要是直接挖孔,SOLID单元会应力奇异。建议用*EBTABLE建无质量弹簧单元模拟螺栓预紧力,弹簧刚度K=EA/L,E取螺栓材料模量,A是螺栓截面积。
  2. 水动力加载怎么考虑的?要是用AQWA做流固耦合,PIPE单元的附加质量得用*MASS21单独加,否则波浪载荷会漏掉惯性项。我见过有人漏了这步,计算结果比实测小40%。
  3. 塔筒SOLID的网格尺寸怎么控制的?在法兰过渡区必须用扫掠网格,第一层厚度设为t=D/8(D是塔筒直径),否则应力集中系数能差3倍。
  4. 有没有考虑腐蚀余量?PIPE单元壁厚要按DNV-RP-C203规范减掉2mm腐蚀量,不然模态分析会虚高5%。


5月11日
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