基于应力、形变测试的井架有限元模型修正及安全性能评估

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1、国内图书分类号：039；TBl2国际图书分类号：530西南交通大学研究生学位论文密级：公开年姓级2QlQ专二零一三年五月一令一二，平血月榭嗍SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisFINITEELEMENTMODELU甲DATn町GANDSECUIUTYPERFORMANCEEVALUATIONOFDERRJCKBASEDONSTI通SSANDDEFOI心江ATIONTESTINGGrade：2010Candidate：GaoFengshunAcademic

2、DegreeAppliedfor：MasterDegreeSpeciality：SolidMechanicsSupervisor：ChengZhiqiangMar．1，2013西南交通大学曲南父嗵大字学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口

3、，在年解密后适用本授权书；2．不保密。使用本授权书。(请在以上方框内打“怕学位论文作者签名：≮毒_阜一段日期：如J；．多．群指导老师签名：试蠹3文日期：2。l罗·箩·2牛西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下l1．利用MATLAB平台，编写基于张正友法的摄像机标定程序。提出并实现基于已知特征点相对距离的摄像机标定方法。在假定摄像机内参数已知的基础上，根据特征点的像素坐标和它们之间的相对距离，完成摄像机标定工作。这种方法在工程测量中具有很大的实用价值。2．对试验室

4、K型模型井架和JJ315／45．K型在役钻机井架进行应力、形变静载测试。使用摄像测量技术测试井架承载时的变形状况，使用应变测量技术测试井架承载时的应力分布。依据测试数据分析井架受力特征。3．提出依据摄像测量和应变测试数据进行井架有限元模型修正的方法。井架修正模型的销接段使用ANSYS中具有“裂缝”属性的LINKl0单元近似模拟。销接间隙引起的节点刚度降低通过适当折减销接段单元的抗压刚度实现。施加在修正模型上的载荷需考虑钩载偏心的影响。使用试验室模型井架和JJ315／45．K型在役井架的应力、形变静载测试数据

5、对这种方法进行验证。4．使用修正后的有限元模型，对试验室模型井架和JJ315／45．K型在役钻机井架进行安全性能评估。5．初步研究井架承载时应力和形变的关联性。得到根据井架工作载荷和最大水平位移估算井架立柱轴向应力的经验公式。6．基于MATLAB平台，开发完成“井架测量及评价系统”。使用此软件可进行摄像测量数据的后处理。图形化显示井架承载时的形变，便于使用者进行井架的变形特征分析。根据本文提出的形变．应力经验公式近似计算各立柱的轴向应力，分析井架的受力特征。通过软件设置井架有限元模型修正参数，调用ANSYS

6、软件建立修正模型并进行数值仿真。依据测试和数值计算结果对井架进行安全性能评估。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：—专弃·随日期：如吣．遗西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要钻机井架的安全性能评估多采用试验和模拟计算比较，相互验证的方法完成。由于实际

7、井架结构较为复杂，建立有限元模型时无法模拟所有细节。井架结构由制造和服役造成的缺陷也难以计入分析模型。井架的有限元分析常基于忽略某些细节和缺陷的常规模型进行。常规模型指忽略井架上的一些附属结构，杆件连接均视为刚性连接的无缺陷井架有限元模型。试验表明，由于实际井架中可能存在的各种缺陷的影响，常规有限元模型不能真实描述井架受力特征。因此需要根据试验测试结果对常规有限元模型进行修正，使计算结果更接近结构的真实响应。目前井架的安全性能评估，主要基于对井架立柱的应力测试。受到现场测试条件和测试成本的制约，应变测点数量

8、有限，测得的立柱应力无法完整反映结构的受力特征。本文研究采用摄像测量方法测试井架承载时的变形特征，具有非接触测量和全局测量的优势。依据井架的应力、形变测试结果，参照井架的实际构造，确定和验证更真实的井架模型，进行有限元分析。使用改进的井架有限元模型进行数值仿真，模拟计算结果用于井架的安全性能评估。本文的主要研究内容有：1．利用MATLAB平台，编写基于张正友法的摄像机标定程序。提出并实现基于已知特征点相对距离的摄