[发明专利]一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法

权利要求书

1.一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、预处理：根据现有打桩系统的组成部件及各部件间的尺寸需求，将构成打桩系统的各个部件(锤、替打、替打环、桩)构建3D模型，并进行装配；

S2、前处理：将打桩系统的3D模型进行网格划分，依据物理模型设置各部件的材料属性，并进行边界条件、接触类型、冲击载荷的设置；

S3、求解：根据建立的有限元模型，进行显式动力学求解；

S4、后处理：将所获得求解结果进行输出，以提取加速度、速度、位移、力、应力、应变等相应参数，对打桩过程进行分析，并进行反推计算。

2.根据权利要求1所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：在步骤S1中，为了简短有限元模型的求解时间，3D建模时锤和替打直接接触，二者之间的距离为0。

3.根据权利要求1所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：在步骤S2中，采用hypermesh软件进行网格划分，对于结构简单的锤、替打环和桩，直接采用切分映射的方式划分，对于结构复杂的替打结构，首先切分成可映射的两部分，然后对每一部分单独划分网格，先划分面网格，再将面网格扫略，最后进行复制映射，各部分网格划分结束后，进行整体连接操作。

4.根据权利要求3所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：所述网格类型为六面体网格。

5.根据权利要求1所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：在步骤S3中，接触类型选择面面接触，共3个解除对，分别为锤—替打接触对、替打—替打环接触对、替打环—桩接触对；为获得最坏工况下各部件的动力学响应，边界条件设置为桩底端固定约束；初始条件根据最大冲击能量3500KJ，根据动能公式直接换算为锤的初始速度为6.325m/s。

6.根据权利要求5所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：所述锤的初始速度的计算公式为式中E为锤的最大冲击能量，m为锤的质量，所述打桩系统的全系统设置重力加速度。

7.根据权利要求1所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：在步骤S4中，所述反推方式为利用桩顶受压冲击后产生应力波传递时域峰值间的时间差反推出桩体理论长度，并与桩体的实际长度进行对比，所述反推计算公式为：其中

8.根据权利要求7所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：所述反推计算公式中e为材料的弹性模量，ρ为材料的密度，c为波速，Δt为桩顶受压冲击后产生应力波传递时域的两峰值间的时间差。

9.根据权利要求1所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：在步骤S2中，通过hypermesh软件对打桩系统的3D模型进行网格划分。

10.根据权利要求1所述的一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，其特征在于：在步骤S3中，所述显式动力学求解采用LS-DYNA软件进行求解。