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四腿落地式K型井架及其底座的力学行为分析

作　者: 孙雪梅
导　师: 邹龙庆
学　校: 大庆石油学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 钻机井架钻机底座静力分析模态分析瞬态分析
分类号: TE923
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 337次
引　用: 3次
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内容摘要

目前,在用的K型石油钻机井架以两腿落地式结构为主,还有部分四腿落地式结构仍在服役。四腿落地式K型井架在使用过程中出现了不少问题,严重影响了其使用和推广。尽管如此,对四腿落地式K型井架的力学行为至今没有进行深入的研究。井架的起升是一个比较危险的工况,从现场的使用情况看来,四腿落地式K型井架的起升过程尤为危险,在此过程中井架及底座的受力比较复杂,而目前关于井架起升阶段的研究资料却比较少。本课题针对四腿落地式K型井架及其底座的力学行为进行研究,并将其与两腿落地式K型井架进行比较,对于丰富、发展和完善井架设计和安全评定理论将有重大意义。建立了井架和底座的有限元分析模型,运用ANSYS有限元分析软件分别就钻井工况和井架起升工况,对四腿落地式K型井架及其底座和两腿落地式K型井架及其底座进行了静力分析。分析结果表明,在钻井工况下:两种结构的井架及底座的受力情况基本一致;而在起升工况下:四腿落地式井架的底座受力较大。分析发现:在四腿落地式井架起升过程中,钻机底座上井架立柱两个铰支座之间的应力很大,从而造成了在用井架底座的变形与撕裂。为了增大强度,建议在底座上井架两个铰支座之间加焊加强钢板,并加大井架前立柱铰支座的尺寸。模态分析作为结构动力特性研究的一种近代方法,逐渐成为现代工程领域动态分析与设计的核心,它所决定的结构固有频率和振型,正是结构承受动态载荷结构设计中的重要参数,故而成为其他诸如瞬态分析等动力学分析的起点。本文分别就钻井工况和井架起升工况,对两种结构的K型井架进行了模态分析。并对JJ162/42-K型井架进行了瞬态动力学分析,得到了井架的瞬态响应特性。

全文目录

绪论  7-11
第1章钻井工况下井架及底座的静力分析  11-27
  1.1 井架及底座的结构类型  11-13
    1.1.1 井架的结构类型  11-12
    1.1.2 钻机底座的结构类型  12-13
    1.1.3 本文所研究的井架和底座的基本参数  13
  1.2 井架、底座的载荷  13-17
  1.3 有限元结构分析基本原理  17-20
    1.3.1 结构静力分析  17-18
    1.3.2 单元特性分析  18-20
  1.4 有限元分析软件ANSYS  20-22
  1.5 钻井工况下井架及底座的静力有限元分析  22-26
    1.5.1 井架及底座结构有限元分析模型  22-23
    1.5.2 计算结果及分析  23-26
  1.6 本章小结  26-27
第2章 JJ162/42-K 型井架及其底座的模态分析  27-38
  2.1 模态分析  27-32
    2.1.1 概述  27-28
    2.1.2 模态分析理论  28-32
    2.1.3 模态分析的应用  32
  2.2 JJ162/42-K 型钻机井架及底座结构的模态计算  32-37
    2.2.1 前六阶固有频率  32-33
    2.2.2 前六阶振型  33-35
    2.2.3 振动特性分析  35-37
  2.3 本章小结  37-38
第3章起升工况下井架及其底座的静力分析与模态分析  38-49
  3.1 井架起升力的计算  38-41
    3.1.1 人字架起升井架的起升力计算  38-40
    3.1.2 液缸起升井架的起升力计算  40-41
  3.2 JJ162/42-K 型井架起升过程中井架及底座的静力分析  41-44
    3.2.1 JJ162/42-K 型井架起升起升方法  41-42
    3.2.2 计算结果及分析  42-44
  3.3 井架起升的模态分析  44-48
    3.3.1 前四阶固有频率  44-45
    3.3.2 前四阶模态  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第4 章 JJ162/42-K 型井架的瞬态动力学分析  49-57
  4.1 瞬态动力学分析  49-56
    4.1.1 瞬态动力学分析方法  49-52
    4.1.2 JJ162/42-K 型井架瞬态动力学分析  52-56
  4.2 本章小结  56-57
结论  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
大庆石油学院硕士学位论文详细摘要  62-68

四腿落地式K型井架及其底座的力学行为分析

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