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1、分类号：密级：UDC：编号：201321202045河北工业大学硕士学位论文石油钻机井架的静力学分析论文作者：李运祥学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：段国林职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringSTATICSANALYSISOFOILDRILLINGRIGDERRICKSbyLiYunxiangSupervisor:Prof.DuanGuolinMay2016摘要井架是石油钻机的重
2、要组成部分，其受力情况及荷载工况都很复杂。一直以来，井架结构的安全性及可靠性都是人们所关注的焦点。因此，借助有限元分析软件对井架结构进行静力学分析，校核其强度、刚度及稳定性成为井架设计过程中的重要环节。本文针对某公司最新研制的钻机井架产品，借助有限元软件ANSYS重点研究其静力学特性，主要研究内容如下：首先，依据井架结构简化基本原则，按照K43型井架的技术参数，利用ANSYS软件中的BEAM188单元建立了简化后的井架有限元模型，并通过设置关键字将每一根杆件离散为一个独立的梁单元，这样在满足计算精度的条件下，极大程度上缩减了计算存储空间，从而提高了计算效率
3、。其次，详细研究井架静力分析时所受的载荷，主要包括：恒定载荷、自然载荷、工作载荷以及起升载荷，计算出各种载荷的大小。根据井架类型和井架载荷工作的实际情况，结合石油钻机井架的现场作业环境，参考美国APISpec4F《钻井和修井井架、底座规范》，确定了6种静力学组合工况。然后依次按照各种工况分别进行加载分析，得到井架结构的应变云图和应力云图，通过编程列表显示最大等效应力。其中，无钩载、满立根、70节风（侧面来风）速组合工况下的安全系数略小，为1.89，建议进行优化设计；额定钩载、满立根、16节风（侧面来风）速组合工况下的安全系数为4.28，有较大的安全余量，建
4、议进行优化设计；起升角为4度时，井架的起升应力最大，为145.2Mpa，安全系数为2.38，所以井架在起升工况下满足起升安全强度要求。最后，利用传统的理论折算法对井架的整体结构稳定性进行分析，得出井架的整体稳定性应力为115.7MPa，小于345MPa，井架整体稳定性良好。同时利用ANSYS软件对理论折算法得到的计算结果加以验证，从而判断出井架结构的整体稳定性能安全可靠，不会发生失稳现象。关键词：K型井架；有限元；静力学分析；稳定性分析IABSTRACTDerrickisanimportantpartofoildrillingrig,itsforcesan
5、dloadcasesareverycomplicated.Allalong,thesafetyandreliabilityofthederrickstructurearethefocusofpeople'sattention.Therefore,usingthefiniteelementanalysissoftwaretocarryonthestaticanalysisofthederrickstructure,andcheckthestrength,rigidityandstabilityofthederrickhavebecomeanimportant
6、partinthedesignprocess.Inthispaper,anewlydevelopedproductderrick,withthefiniteelementsoftwareANSYSfocusesonthestaticmechanicalproperties,themaincontentsareasfollows:Firstly,basedonthesimplifiedbasicprinciplesofderrickstructure,accordingtothetechnicalparametersofK43typederrick,beam
7、188elementinANSYSsoftwareisusedtoestablishthesimplifiedderrickfiniteelementmodel,andthroughkeywordseteachroddiscreteasanindependentbeamelement,undertheconditionthatthecalculationaccuracy,greatlyreducedcomputingandstoragespace,whichcanimprovethecomputationalefficiency.Secondly,thel
8、oadofderrickstaticanalysisisstudi
