本發(fā)明涉及一種深水鉆井領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種基于多體耦合模型的水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

深水鉆井中，水下井口-隔水管-平臺(tái)耦合是整個(gè)海洋鉆井中重要而又薄弱的環(huán)節(jié)。在正常鉆采中，水下井口-隔水管-平臺(tái)耦合系統(tǒng)存在一定的偏移與振動(dòng)，隔水管的振動(dòng)是隔水管疲勞的主要原因。在惡劣海況或浮式平臺(tái)定位失效等情況下，需緊急斷開隔水管與水下防噴器的連接。隔水管突然脫離后，由于隔水管會(huì)加速向上反沖，如果反沖作用控制不當(dāng)，可能威脅鉆井平臺(tái)、隔水管體和水下井口的安全。對(duì)于水下井口-隔水管-平臺(tái)系統(tǒng)，常規(guī)處理方法是將鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)作為隔水管的終端激勵(lì)輸入系統(tǒng)，但實(shí)際上，水下井口-隔水管-平臺(tái)構(gòu)成了一個(gè)完全耦合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它通過一種復(fù)雜的方式對(duì)風(fēng)、波浪、海流、泥漿流動(dòng)載荷作出響應(yīng)。深水鉆井中，隔水管是大長(zhǎng)細(xì)比柔性結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)致的海流載荷和阻尼可對(duì)低頻鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生顯著影響，并且這種耦合效應(yīng)的影響在隔水管緊急脫離過程中尤為顯著?，F(xiàn)有計(jì)算方法在模型描述、計(jì)算精度和效率方面存在不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真系統(tǒng)及方法，其能有效提高水下井口-隔水管-平臺(tái)系統(tǒng)的力學(xué)仿真及分析的精度、可靠性和效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真系統(tǒng)，其特征在于包括：結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊、靜態(tài)多體模型生成模塊、模態(tài)多體模型生成模塊、動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊、回彈多體模型生成模塊、鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊、柔性多體力學(xué)仿真模塊、結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊和危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊；所述結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫與所述結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊進(jìn)行信息交互，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊將接收的用戶輸入結(jié)構(gòu)參數(shù)傳輸?shù)剿鲮o態(tài)多體模型生成模塊、模態(tài)多體模型生成模塊、動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊、回彈多體模型生成模塊和鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊；所述靜態(tài)多體模型生成模塊根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及平臺(tái)無漂移或平臺(tái)漂移要求，生成井口-隔水管-平臺(tái)多體耦合的相應(yīng)靜態(tài)模型，并傳輸至所述柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算；所述模態(tài)多體模型生成模塊以所述靜態(tài)模型為樣板生成模態(tài)模型，傳輸至所述柔性多體力學(xué)仿真模塊并指示其在靜態(tài)計(jì)算結(jié)果得到的靜態(tài)平衡位置處或準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置處進(jìn)行模態(tài)計(jì)算；所述動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)生成多體動(dòng)力學(xué)模型，并傳輸至所述柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算；所述回彈多體模型生成模塊根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)生成隔水管與平臺(tái)相互耦合作用的隔水管回彈多體模型，并傳輸至所述柔性多體力學(xué)仿真模塊完成平臺(tái)漂移和隔水管脫離的動(dòng)力學(xué)計(jì)算；所述鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)生成多體耦合鉆柱隔水管碰撞模型，并傳輸至所述柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行伴隨鉆柱碰撞與隔水管碰撞的動(dòng)力學(xué)計(jì)算；所述柔性多體力學(xué)仿真模的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)分別傳輸至所述結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊和結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊進(jìn)行提取分析；所述結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊將接收的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程指標(biāo)并給予界面回顯；所述危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊從所述結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊得到靜態(tài)模型、模態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型、回彈模型和碰撞模型的工程指標(biāo)，判斷工程指標(biāo)是否滿足工程安全要求。

所述結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊允許用戶從所述結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的已有井口-隔水管-平臺(tái)結(jié)構(gòu)中提取全部或部分參數(shù)作為新結(jié)構(gòu)的參數(shù)并進(jìn)行修改，也能提供空白的結(jié)構(gòu)參數(shù)表格進(jìn)行輸入，并允許將經(jīng)過驗(yàn)證的新井口-隔水管-平臺(tái)結(jié)構(gòu)添加到所述結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫。

所述動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊、回彈多體模型生成模塊和鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊生成的相應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型中，鉆井平臺(tái)與隔水管間通過張緊器連接，作用力通過張緊器傳遞。

所述柔性多體仿真模塊通過如下方式實(shí)現(xiàn)鉆井平臺(tái)與隔水管間的動(dòng)力學(xué)耦合：在每個(gè)時(shí)間積分步，鉆井平臺(tái)位置姿態(tài)根據(jù)隔水管作用力和海水作用力進(jìn)行計(jì)算，得到的位置姿態(tài)作為參數(shù)傳遞給隔水管頂端作為邊界，再次計(jì)算平臺(tái)以外結(jié)構(gòu)體的位置姿態(tài)，反復(fù)迭代直至收斂，收斂后進(jìn)入下一時(shí)間積分步。

所述結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊提取得到的工程指標(biāo)包括靜態(tài)模型的指標(biāo)、模態(tài)模型的指標(biāo)、動(dòng)態(tài)模型的指標(biāo)、回彈模型的指標(biāo)和鉆柱隔水管碰撞模型的指標(biāo)。

所述靜態(tài)模型的指標(biāo)包括隔水管分布拉力、伸縮節(jié)沖程和張緊器沖程；模態(tài)模型的指標(biāo)包括模態(tài)頻率、模態(tài)振型和隔水管模態(tài)應(yīng)力；動(dòng)態(tài)模型的指標(biāo)包括隔水管拉力包絡(luò)、井口所受壓力包絡(luò)、伸縮節(jié)沖程包絡(luò)、張緊器沖程包絡(luò)、平臺(tái)漂移警告范圍和隔水管脫離范圍；回彈模型的指標(biāo)包括泥漿下泄總時(shí)長(zhǎng)、隔水管底端總成位移曲線、隔水管拉力包絡(luò)、伸縮節(jié)沖程包絡(luò)和張緊器沖程包絡(luò)；鉆柱隔水管碰撞模型的指標(biāo)包括鉆柱隔水管碰撞力包絡(luò)、鉆柱最大應(yīng)變及最大應(yīng)變位置以及與無鉆柱模型相比位移變化最大百分比。

所述危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊判斷工程指標(biāo)是否滿足工程安全要求：如果滿足，提示結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足對(duì)應(yīng)模型的安全指標(biāo)，進(jìn)行模型仿真；如果不滿足，列出不滿足安全要求的指標(biāo)，并提示需要修改的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及修改方向，并調(diào)用所述結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊供用戶調(diào)整參數(shù)。

一種基于上述系統(tǒng)的水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真方法，其特征在于包括以下步驟：1)用戶通過結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊輸入或修改需要仿真的井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)；判斷是否使用已有井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)；2)靜態(tài)多體模型生成模塊獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)，生成多體耦合的靜態(tài)模型，用戶指定靜態(tài)仿真時(shí)間，柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)計(jì)算，尋找靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置、姿態(tài)、應(yīng)力，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)回顯到用戶界面，用戶根據(jù)位置、姿態(tài)、應(yīng)力的時(shí)間曲線判斷指定的靜態(tài)計(jì)算是否收斂；3)模態(tài)多體模型生成模塊獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)，從步驟2)的計(jì)算結(jié)果中獲得收斂的靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置，將時(shí)變的載荷轉(zhuǎn)化為等效的靜載荷，生成多體耦合的模態(tài)模型，用戶指定提取模態(tài)的階數(shù)、頻率計(jì)算移頻值，柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行特征值計(jì)算，得到在步驟2)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置處的模態(tài)頻率和模態(tài)振型，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)回顯到用戶界面，危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊根據(jù)模態(tài)頻率與載荷頻率的差距，判斷是否有共振危險(xiǎn)，如果有，回到步驟2)，如果沒有則進(jìn)入步驟4)；4)動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)生成多體耦合的動(dòng)態(tài)模型，用戶給定動(dòng)態(tài)計(jì)算特有參數(shù)，柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，得到平臺(tái)漂移過程中各結(jié)構(gòu)的時(shí)間響應(yīng)，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊綜合上、下端柔性節(jié)和隔水管的黃色警告范圍閾值和紅色警告范圍閾值，計(jì)算相應(yīng)的平臺(tái)漂移警告范圍和緊急脫離范圍，判斷平臺(tái)最終漂移距離是否超出緊急脫離范圍；5)回彈多體模型生成模塊以步驟4)中的動(dòng)態(tài)多體模型為基礎(chǔ)生成回彈多體模型，用戶給定緊急脫離時(shí)張緊器的防回彈控制率和緊急脫離時(shí)隔水管內(nèi)泥漿的下泄規(guī)律數(shù)據(jù)，柔性多體力學(xué)仿真模塊從步驟4)中平臺(tái)漂移至緊急脫離范圍時(shí)刻重啟動(dòng)力學(xué)計(jì)算，指定隔水管底端總成此時(shí)從防噴器脫離并觸發(fā)張緊器防回彈控制、觸發(fā)泥漿下泄，得到隔水管回彈過程中各結(jié)構(gòu)的時(shí)間響應(yīng)，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)回顯到用戶界面，危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊根據(jù)工程指標(biāo)判斷回彈過程中是否有結(jié)構(gòu)破壞危險(xiǎn)：如果有，用戶調(diào)整給定的張緊器防回彈控制率，重新執(zhí)行步驟4)；反之進(jìn)入步驟6)；6)鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊分別以步驟4)和步驟5)中的多體模型為基礎(chǔ)，生成多體耦合鉆柱隔水管碰撞模型，在隔水管中添加鉆柱結(jié)構(gòu)，添加鉆柱與隔水管的碰撞載荷，分別由柔性多體力學(xué)仿真模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算和回彈計(jì)算，由結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊得到含鉆柱與隔水管碰撞情形下，平臺(tái)漂移的黃色警告范圍、緊急脫離范圍、回彈工程安全指標(biāo)，并與步驟4)步驟5)中的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，回顯到用戶界面；7)仿真結(jié)束，將成功仿真的水下井口-隔水管-平臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)存入結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫中。

所述步驟1)中，判斷是否使用已有井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)過程為：如果是，從結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇并導(dǎo)入已有的井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)表，選擇使用全部結(jié)構(gòu)參數(shù)或其中的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，如若只使用部分參數(shù)，用戶補(bǔ)充輸入所缺的剩余參數(shù)；如果否，手動(dòng)輸入所需的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)。

所述步驟2)中，用戶判斷指定的靜態(tài)計(jì)算是否收斂方法為：如果靜態(tài)計(jì)算已收斂，執(zhí)行步驟3)；如果靜態(tài)計(jì)算未收斂，重新指定靜態(tài)仿真時(shí)間為更長(zhǎng)時(shí)間，靜態(tài)力學(xué)計(jì)算設(shè)置為重啟動(dòng)模式，重新執(zhí)行步驟2)。

所述步驟4)中，如果平臺(tái)最終漂移位移未超出緊急脫離范圍，則重新指定動(dòng)態(tài)仿真總時(shí)長(zhǎng)為更長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)，動(dòng)力學(xué)計(jì)算設(shè)置為重啟動(dòng)模式，即從當(dāng)前截止時(shí)間重啟動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，重新執(zhí)行步驟4)；如果平臺(tái)最終漂移位移超出緊急脫離范圍，進(jìn)入步驟5)。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于通過柔性多體力學(xué)方法建立水下井口-隔水管-平臺(tái)結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，將隔水管與平臺(tái)的相互作用、隔水管與水下井口的相互作用、隔水管與鉆柱的相互作用在每個(gè)時(shí)間積分步耦合，將隔水管與邊界的耦合作用完整化，從而實(shí)現(xiàn)仿真計(jì)算的高精度和高可靠性的。2、本發(fā)明由于采用柔性多體力學(xué)方法建立水下井口-隔水管-平臺(tái)系統(tǒng)的力學(xué)模型，在動(dòng)態(tài)模型、回彈模型等涉及大轉(zhuǎn)動(dòng)大位移等強(qiáng)非線性情形的工況，具有比傳統(tǒng)有限元更高的計(jì)算適應(yīng)性，同時(shí)剛體、柔性體相混合的多體建模方式更為靈活，從而在不損失計(jì)算精度的前提下減小了計(jì)算自由度，在回彈仿真中利用動(dòng)態(tài)仿真的數(shù)據(jù)重啟動(dòng)計(jì)算，并且支持多核并行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算效率的提高。3、本發(fā)明由于在系統(tǒng)仿真的各階段，提供危險(xiǎn)狀況預(yù)警機(jī)制，并可以根據(jù)提示隨時(shí)修正結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重計(jì)算，使得該仿真系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)工具具有更高的便利性與實(shí)用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明多體耦合仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明多體耦合仿真方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于多體耦合模型的水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真系統(tǒng)，其包括結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫101、結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102、靜態(tài)多體模型生成模塊103、模態(tài)多體模型生成模塊104、動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊105、回彈多體模型生成模塊106、鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊107、柔性多體力學(xué)仿真模塊108、結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109和危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊110。

結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫101與結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102進(jìn)行信息交互，結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102接收用戶輸入井口-隔水管-平臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并將結(jié)構(gòu)參數(shù)按需求傳輸?shù)届o態(tài)多體模型生成模塊103、模態(tài)多體模型生成模塊104、動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊105、回彈多體模型生成模塊106和鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊107。在本實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102允許用戶從結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫101的已有井口-隔水管-平臺(tái)結(jié)構(gòu)中提取全部或部分參數(shù)作為新結(jié)構(gòu)的參數(shù)并進(jìn)行修改，也可提供空白的結(jié)構(gòu)參數(shù)表格進(jìn)行輸入，并允許將經(jīng)過驗(yàn)證的新井口-隔水管-平臺(tái)結(jié)構(gòu)添加到結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫101。

靜態(tài)多體模型生成模塊103根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及平臺(tái)無漂移或平臺(tái)漂移的要求，將相應(yīng)洋流、波浪、泥漿載荷轉(zhuǎn)化為靜力準(zhǔn)靜力載荷，生成井口-隔水管-平臺(tái)多體耦合的相應(yīng)靜態(tài)模型，并傳輸至柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算；模態(tài)多體模型生成模塊104以靜態(tài)多體模型生成模塊103生成的靜態(tài)模型為樣板生成模態(tài)模型，傳輸至柔性多體力學(xué)仿真模塊108并指示柔性多體力學(xué)仿真模塊108在靜態(tài)計(jì)算結(jié)果得到的靜態(tài)平衡位置處或準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置處進(jìn)行模態(tài)計(jì)算。

動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊105根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)生成井口、隔水管、平臺(tái)相互耦合作用的多體動(dòng)力學(xué)模型，并傳輸至柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算；

回彈多體模型生成模塊106根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)、漂移速度、海浪、泥漿情況、隔水管底端總成脫離時(shí)間和張緊器防反沖控制率，生成隔水管與平臺(tái)相互耦合作用的隔水管回彈多體模型，并傳輸至柔性多體力學(xué)仿真模塊108完成平臺(tái)漂移和隔水管脫離的動(dòng)力學(xué)計(jì)算；

鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊107根據(jù)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)，生成井口、隔水管、鉆柱、平臺(tái)相互耦合作用的多體耦合鉆柱隔水管碰撞模型，并傳輸至柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行伴隨鉆柱碰撞與隔水管碰撞的動(dòng)力學(xué)計(jì)算；

柔性多體力學(xué)仿真模塊108接收各模型生成模塊生成的靜態(tài)、模態(tài)、動(dòng)態(tài)、回彈、鉆柱隔水管碰撞的多體耦合力學(xué)模型并進(jìn)行靜力準(zhǔn)靜力學(xué)計(jì)算或模態(tài)計(jì)算或動(dòng)力學(xué)計(jì)算，生成的結(jié)果數(shù)據(jù)分別傳輸至結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102和結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109進(jìn)行提取分析；

在本實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊105、回彈多體模型生成模塊106和鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊107生成的相應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型中，鉆井平臺(tái)與隔水管間通過張緊器連接，作用力通過張緊器傳遞；柔性多體仿真模塊108通過如下方式實(shí)現(xiàn)鉆井平臺(tái)與隔水管間的動(dòng)力學(xué)耦合：在每個(gè)時(shí)間積分步，鉆井平臺(tái)位置姿態(tài)根據(jù)隔水管作用力和海水作用力進(jìn)行計(jì)算，得到的位置姿態(tài)作為參數(shù)傳遞給隔水管頂端作為邊界，再次計(jì)算平臺(tái)以外結(jié)構(gòu)體的位置姿態(tài)，反復(fù)迭代直至收斂，收斂后進(jìn)入下一時(shí)間積分步。

結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109從柔性多體力學(xué)仿真模塊108接收靜態(tài)模型、模態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型、回彈模型和鉆柱隔水管碰撞模型的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程指標(biāo)并給予界面回顯。在本實(shí)施例中，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109提取得到的工程指標(biāo)，靜態(tài)模型的指標(biāo)包括但不限于隔水管分布拉力、伸縮節(jié)沖程和張緊器沖程；模態(tài)模型的指標(biāo)包括但不限于模態(tài)頻率、模態(tài)振型和隔水管模態(tài)應(yīng)力；動(dòng)態(tài)模型的指標(biāo)包括但不限于隔水管拉力包絡(luò)、井口所受壓力包絡(luò)、伸縮節(jié)沖程包絡(luò)、張緊器沖程包絡(luò)、平臺(tái)漂移警告范圍和隔水管脫離范圍；回彈模型的指標(biāo)包括但不限于泥漿下泄總時(shí)長(zhǎng)、隔水管底端總成位移曲線、隔水管拉力包絡(luò)、伸縮節(jié)沖程包絡(luò)和張緊器沖程包絡(luò)；鉆柱隔水管碰撞模型的指標(biāo)包括但不限于鉆柱隔水管碰撞力包絡(luò)、鉆柱最大應(yīng)變及最大應(yīng)變位置以及與無鉆柱模型相比位移變化最大百分比。

危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊110從結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109得到靜態(tài)模型、模態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型、回彈模型和碰撞模型的相應(yīng)工程指標(biāo)，判斷工程指標(biāo)是否滿足工程安全要求：如果是，提示結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足對(duì)應(yīng)模型的安全指標(biāo)，可以進(jìn)行模型仿真，如果否，列出不滿足安全要求的指標(biāo)，并提示需要修改的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及修改方向，并調(diào)用結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102供用戶調(diào)整參數(shù)。

如圖2所示，基于上述實(shí)施例中提供的基于多體耦合模型的水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了一種基于多體耦合模型的水下井口-隔水管-平臺(tái)仿真方法，其包括以下步驟：

1)用戶通過結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102輸入或修改需要仿真的井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)；判斷是否使用已有井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)：

如果是，從結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇并導(dǎo)入已有的井口-隔水管-平臺(tái)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)表，選擇使用全部結(jié)構(gòu)參數(shù)或其中的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，如若只使用部分參數(shù)，用戶補(bǔ)充輸入所缺的剩余參數(shù)；

如果否，手動(dòng)輸入所需的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)；

2)靜態(tài)多體模型生成模塊103從結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102中獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)，生成多體耦合的靜態(tài)模型，用戶指定靜態(tài)仿真時(shí)間，柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)計(jì)算，尋找靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置、姿態(tài)、應(yīng)力，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)回顯到用戶界面，用戶根據(jù)位置、姿態(tài)、應(yīng)力的時(shí)間曲線判斷指定的靜態(tài)計(jì)算是否收斂：

如果靜態(tài)計(jì)算已收斂，執(zhí)行步驟3)；

如果靜態(tài)計(jì)算未收斂，重新指定靜態(tài)仿真時(shí)間為更長(zhǎng)時(shí)間，靜態(tài)力學(xué)計(jì)算設(shè)置為重啟動(dòng)模式，即從當(dāng)前未收斂的截止仿真時(shí)間重啟動(dòng)，重新執(zhí)行步驟2)；

3)模態(tài)多體模型生成模塊104從結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102中獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)，從步驟2)的計(jì)算結(jié)果中獲得收斂的靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置，將時(shí)變的載荷轉(zhuǎn)化為等效的靜載荷，生成多體耦合的模態(tài)模型，用戶指定提取模態(tài)的階數(shù)、頻率計(jì)算移頻值，柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行特征值計(jì)算，得到在步驟2)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)平衡位置處的模態(tài)頻率和模態(tài)振型，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)回顯到用戶界面，危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊110根據(jù)模態(tài)頻率與載荷頻率的差距，判斷是否有共振危險(xiǎn)：

如果有共振危險(xiǎn)，提出警告并要求用戶根據(jù)提示的結(jié)構(gòu)參數(shù)修改方向修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，回到步驟2)；

如果無共振危險(xiǎn)，進(jìn)入步驟4)；

4)動(dòng)態(tài)多體模型生成模塊105從結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入模塊102中獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)，生成多體耦合的動(dòng)態(tài)模型，用戶給定平臺(tái)漂移速度，到達(dá)勻速漂移時(shí)間，動(dòng)態(tài)仿真總時(shí)長(zhǎng)等動(dòng)態(tài)計(jì)算特有參數(shù)，柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，得到平臺(tái)漂移過程中各結(jié)構(gòu)的時(shí)間響應(yīng)，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109綜合上、下端柔性節(jié)和隔水管的黃色警告范圍閾值和紅色警告范圍閾值，計(jì)算相應(yīng)的平臺(tái)漂移警告范圍和緊急脫離范圍；判斷平臺(tái)最終漂移距離是否超出緊急脫離范圍：

如果平臺(tái)最終漂移位移未超出緊急脫離范圍，則重新指定動(dòng)態(tài)仿真總時(shí)長(zhǎng)為更長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)，動(dòng)力學(xué)計(jì)算設(shè)置為重啟動(dòng)模式，即從當(dāng)前截止時(shí)間重啟動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，重新執(zhí)行步驟4)；

如果平臺(tái)最終漂移位移超出緊急脫離范圍，進(jìn)入步驟5)；

5)回彈多體模型生成模塊106以步驟4)中的動(dòng)態(tài)多體模型為基礎(chǔ)生成回彈多體模型，用戶給定緊急脫離時(shí)張緊器的防回彈控制率，給定緊急脫離時(shí)隔水管內(nèi)泥漿的下泄規(guī)律數(shù)據(jù)，柔性多體力學(xué)仿真模塊108從步驟4)中平臺(tái)漂移至緊急脫離范圍時(shí)刻重啟動(dòng)力學(xué)計(jì)算，指定隔水管底端總成此時(shí)從防噴器脫離并觸發(fā)張緊器防回彈控制、觸發(fā)泥漿下泄，得到隔水管回彈過程中各結(jié)構(gòu)的時(shí)間響應(yīng)，結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)回顯到用戶界面，危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模塊110根據(jù)隔水管底端總成位移包絡(luò)、伸縮節(jié)沖程包絡(luò)、張緊器沖程包絡(luò)、上端柔性節(jié)彎曲角度包絡(luò)以及隔水管分布拉力包絡(luò)等工程指標(biāo)，判斷回彈過程中是否有碰撞危險(xiǎn)和屈曲危險(xiǎn)等結(jié)構(gòu)破壞危險(xiǎn)：

如果有結(jié)構(gòu)破壞危險(xiǎn)，用戶調(diào)整給定的張緊器防回彈控制率，重新執(zhí)行步驟4)；

如果無結(jié)構(gòu)破壞危險(xiǎn)，進(jìn)入步驟6)；

6)鉆柱隔水管碰撞多體模型生成模塊107分別以步驟4)和步驟5)中的多體模型為基礎(chǔ)，生成多體耦合鉆柱隔水管碰撞模型，在隔水管中添加鉆柱結(jié)構(gòu)，添加鉆柱與隔水管的碰撞載荷，分別由柔性多體力學(xué)仿真模塊108進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算和回彈計(jì)算，由結(jié)果數(shù)據(jù)提取模塊109得到含鉆柱與隔水管碰撞情形下，平臺(tái)漂移的黃色警告范圍、緊急脫離范圍、回彈工程安全指標(biāo)，并與步驟4)步驟5)中的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，回顯到用戶界面，供用戶了解鉆柱對(duì)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響程度。

7)仿真結(jié)束，將成功仿真的水下井口-隔水管-平臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)存入結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫101中，為以后的仿真提供數(shù)據(jù)支持和便利。

上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。