本发明涉及海洋工程结构疲劳强度评估领域，尤其涉及辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法。
背景技术：
1、管节点是指两个或多个管相连接处，是海上导管架平台上的典型结构形式之一。由于几何不连续，管节点是应力集中位置，在海洋环境载荷作用下易发生疲劳裂纹的萌生与扩展，从而威胁整个平台的结构安全性。因此，需要对管节点进行疲劳强度评估。
2、热点应力法是评估海洋工程管节点疲劳强度的主要方法。管节点热点应力的计算是疲劳强度评估的关键，一般可采用简化公式法和有限元法。简化公式是由大量有限元分析结果拟合得到，其中应用最广泛的是efthymiou公式，被多个规范采用。需要指出的是简化公式法对管节点的形式、几何参数和载荷类型有限制，无法预测管节点沿焊趾所有位置的热点应力，具有一定的局限性，而有限元法适用于更普遍的情况，可以更为准确地确定沿焊缝各位置处的热点应力。然而，管节点热点应力分析有限元模型复杂，需要由经验丰富的工程师或科研人员建立。管节点热点应力有限元分析的基本过程主要包括建模和后处理两部分。建模是整个有限元分析的基础。根据热点应力的定义，管节点焊趾处的热点应力一般需要由距焊趾一定距离的两个表面参考点处的应力插值得到，这就意味着有限元分析必须能够得到表面参考点处的应力结果。最简单的方法就是在参考点处设置节点，在有限元分析完成后直接读取节点的应力。但由于管节点的焊趾是一条空间三维曲线，管节点表面也是空间曲面，距焊趾一定距离且在管节点表面的参考点坐标难以确定，给管节点热点应力分析有限元模型的建立带来了困难。
3、公开号cn115730492a的中国发明专利申请，公开了一种插值点提取方法、系统及热点应力计算方法、系统，包括：在焊接接头三维模型的母材表面标记出至少2条与焊趾线平行的插值线；对所述焊接接头三维模型进行网格离散处理，确定所述焊趾线上的所有热点节点，以及两条所述插值线之间的所有插值面节点；根据插值面节点与热点节点之间的相对位置关系，从所有所述插值面节点中选取出各个所述热点节点对应的插值点，可以自动快速批量提取出大量热点节点对应的插值点，提高了热点应力的提取效率，但公开方案并未解决上述建立管节点热点应力分析有限元模型的困难。
技术实现思路
1、技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明公开的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，包括以下步骤：
3、s1：基于弦杆外表圆柱面与撑杆外表圆柱面的相交形式，建立管节点撑杆和弦杆相贯线的参数方程；
4、s2：建立相贯线任意位置局部坐标系；
5、s3：得到弦杆表面上远离相贯线的热点应力插值参考点的坐标；
6、s4：依据参考点坐标进行有限元建模。
7、进一步地，定义弦杆外表圆柱面为下圆柱面，其轴线为轴，定义撑杆外表圆柱为上圆柱面，其轴线为轴，所述轴与轴的相交点为原点，所述步骤s1中弦杆外表圆柱面与撑杆外表圆柱面为正交时，建立管节点撑杆和弦杆相贯线的参数方程的方法如下：
8、建立正交坐标系，所述上圆柱面与下圆柱面正交时相贯线的笛卡尔方程组为：
9、，
10、其中，为所述上圆柱面的半径，为所述下圆柱面的半径，、、为圆柱面上点的坐标值；
11、由所述上圆柱面与下圆柱面正交时相贯线的笛卡尔方程组得到正交时相贯线的参数方程为：
12、，
13、其中，为相贯线投影在平面形成的圆上任意一点相对于圆与平面交点的角度。
14、进一步地，所述步骤s1中弦杆外表圆柱面与撑杆外表圆柱面为斜交时，将坐标系绕着轴旋转角度，所述为上圆柱面相对于正交情况的倾斜角度；旋转之后坐标系为，在此坐标系下，上圆柱面的方程为：
15、，
16、式中，
17、，
18、，
19、其中，，为将坐标系绕轴旋转后上圆柱面上点的坐标值；
20、从而得到上圆柱面在坐标系下的方程：
21、，
22、由此，联立两圆柱面的方程，可得到斜交时相贯线的笛卡尔方程组：
23、，
24、由斜交时相贯线的笛卡尔方程组得到斜交时相贯线的参数方程：
25、，
26、其中，
27、。
28、进一步地，所述步骤s2中局部坐标系的建立步骤如下：
29、s101：将参数方程对求导，得到相贯线上任意一点的切线向量；
30、s102：相贯线上任意一点垂直于下圆柱面的法线向量计算公式如下：
31、；
32、s103：依据切线向量和法线向量计算得到向量，便可确定相贯线上任意一点的局部坐标系，所述向量既垂直于所述切线向量又垂直于所述法线向量，所述向量的计算公式为：
33、。
34、进一步地，所述步骤s101中的切线向量在正交时的计算公式如下：
35、；
36、切线向量在斜交时的计算公式如下：
37、。
38、进一步地，所述步骤s3的具体步骤如下：
39、s201：正交时，定义下圆柱面上远离相贯线的点为c点，定义d点为两圆柱相贯线上某一点，所述d点坐标为，其对应的为，切线向量为，在所述d点处以切线为法向量的平面方程为：
40、；
41、s202：所述步骤s201的平面方程与下圆柱面方程联立，即得到一条位于下圆柱面上的空间曲线，所述空间曲线垂直于相贯线，且所述c点位于其上，所述c点与d点之间的弧长距离为；
42、下圆柱面参数化方程为：
43、，，
44、其中，为空间曲线投影在平面形成的圆上任意一点相对于圆与平面交点b的角度；
45、联立平面方程和下圆柱面参数化方程，得到空间曲线完整的参数化方程公式：
46、，
47、由所述空间曲线完整的参数化方程公式可得弧长的微分为：
48、；
49、s203：通过数值方法确定所述c点坐标，具体步骤如下：
50、（a1）、先求得d点对应的初始值，假定一个微小的增量，通过上式求得对应的；
51、（a2）、更新值，计算下一个对应的，循环计算，最后得到弧长累加为时的值，代入所述空间曲线的参数化方程，即可求得c点的坐标。
52、进一步地，所述步骤s4的步骤如下：
53、s301：依据管节点热点应力分析规范，确定两个热点应力插值参考点c点和e点，c点、e点距d点弧长距离为和，依据所述步骤s3确定管节点不同焊趾位置处对应的两个参考点的坐标；
54、s302：根据参考点的坐标建立点、线、面，对管节点几何模型进行划分，控制有限元网格划分，保证在参考点处存在节点，便于后续的参考点应力提取。
55、本发明的有益效果是：
56、本发明通过撑杆和弦杆的几何参数，建立撑杆和弦杆相贯线的参数方程；在相贯线上每间隔设置分析点，建立局部坐标系；确定距分析点分别为 r1和 r2热点应力插值参考点的坐标；根据这些坐标进行有限元建模、分析，读取参考点的应力结果，确定不同分析点处热点应力，得到热点应力的分布。此外，本发明方法具有可拓展性，可以用于不同形式的管节点，可修改用于撑杆上参考点坐标的确定，有助于准确计算管节点热点应力以及评估疲劳强度，进而提高海洋工程结构的安全性和可靠性。
1.辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于，定义弦杆外表圆柱面为下圆柱面，其轴线为轴，定义撑杆外表圆柱为上圆柱面，其轴线为轴，所述轴与轴的相交点为原点，所述步骤s1中弦杆外表圆柱面与撑杆外表圆柱面为正交时，建立管节点撑杆和弦杆相贯线的参数方程的方法如下：
3.根据权利要求2所述的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于，所述步骤s1中弦杆外表圆柱面与撑杆外表圆柱面为斜交时，将坐标系绕着轴旋转角度，所述为上圆柱面相对于正交情况的倾斜角度；旋转之后坐标系为，在此坐标系下，上圆柱面的方程为：
4.根据权利要求3所述的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于，所述步骤s2中局部坐标系的建立步骤如下：
5.根据权利要求4所述的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于，所述步骤s101中的切线向量在正交时的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于，所述步骤s3的具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的辅助海洋工程管节点热点应力有限元分析模型建模的方法，其特征在于，所述步骤s4的步骤如下：
