[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

说明书

本发明公开了一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，属于振动冲击研究技术领域，包括以下步骤：预处理：将构成打桩系统的各个部件构建3D模型并装配；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；求解：根据建立的有限元模型，进行显式动力学求解；后处理：将所获得求解结果进行输出，本发明对大型海洋打桩系统进行有限元建模和仿真分析，采用显示动力学进行计算，具有稳定性高、计算速度快等优势，并可以获得各部件和不同单元的动力学响应，可实现对打桩过程的模拟观测，为工程应用提供理论基础，适合推广应用。

技术领域

本发明涉及振动冲击研究技术领域，更具体地说，涉及一种预测最坏工 况下海洋打桩系统的有限元分析方法。

背景技术

随着桩基础工程的规模化发展和海洋工程的深水化发展，沉桩技术和施 工机械设备也在不断发展，作为主要的桩基础施工机械设备之一，海洋打桩 锤可以根据施工条件合理调节冲击力大小，适用性好，效率高，因此被广泛 应用于风电安装等大型海洋桩基工程项目中。

但随着海上风力发电需求的增大，桩基直径也逐渐增大，从而对于打桩 系统有了更高的要求，为保证打桩的顺利进行，需要替打、替打环部件实现 缓冲效果的同时保证质量和传递效率的要求。

因海洋沉桩项目耗资巨大，实验较困难，所以可先进行仿真建模研究， 为具体工程提供理论基础，通过模拟数据的输出，反向指导打桩系统各部件 的在极端情况下的设计参数修改，能有效避免设计缺陷，为此我们提出一种 预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种预测最坏工况 下海洋打桩系统的有限元分析方法，可以对大型海洋打桩系统进行有限元建 模和仿真分析，采用显示动力学进行计算，具有稳定性高、计算速度快等优 势，并可以获得各部件和不同单元的动力学响应，如加速度、速度、位移、 冲击力、应力、应变等，从而可实现对打桩过程的模拟观测，为工程应用提 供理论基础，具有广泛的应用前景，适合推广应用。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种预测最坏工况下海洋打桩系统的有限元分析方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，所述网格类型为六面体网格。