基于ansys的石油钻采大钩模态分析

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1、基于ANSYS的石油钻采大钩模态分析本文由asd19881116贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。基于ＡＮＳＹＳ的石油钻采火钩模态分析ＭｏｄｅＩａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｅｔｒｏｌｅｕｍｄｒｉｌｌｗｅｌＩｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ余华俐１，许敬方２。刘彦国３ＹＵＨｕａ．ＩｉｌＩＸＵＪｉｎ—ｆａｎ９２，ＬＩＵＹａｎ—ｇｕ０３（１．兰州工业高等专科学校，兰州７３００５０；２．兰石集团，兰州７３００５０；３．浙江机电职业技术学院。杭州３１００５３）摘要：针对某型石油钻机的大钩，用ＣＡＤ建立大钩系统

2、的三维有限元模型，采用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ，对大钩进行了模态分析，得到了大钩系统的固有频率和振型，为今后进行钩体动力响应计算奠定了基础。关键词：模态分析；钻机大钩；振型；ＡＮＳＹＳ中图分类号：ＴＥ９２３文献标识码：Ａ文章编号：１．００９—０１３４（２００９）０１—００２６—０３０引言钻机大钩足石油钻机提升设备的一个主体结构，在实际作业时，由于钻采工况复杂，工作环境恶劣，大钩经常会受到起吊、卸载、解扣等冲击载荷的共同作用下产生复杂的振动。因此，大钩动态特性和振动响应特性对提升系统性能影响尤为显著，对大钩系统进行模态分析可以得到各阶固有频率及相

3、应的振型，可显示不同固有频率下机体各部分振动幅值的相对分布情况，有利于分析整机的振动特性。避免钻机系统在工作时发生共振和出现有害的振型。起的ｑ点的响应。此假设使得质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵和频响函数矩阵都成了对称矩阵。２模态分析的基本理论模态分析的实质，是一种坐标转换｜２１。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。根据达朗

4、贝尔（Ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ）原理，在结构所受的载荷中加入惯性力，用类似于建立静力学平衡方程的方法建立结构的动力学方程：１模态分析的基本假设机械结构的动态特性是用结构的振动模态参数来表示，而所谓模态参数足结构振动的各阶频率、阻尼及振型。由这些模态参数就可判断结构动态特Ｍ｛占｝＋区］｛６）＝｛辱｝或（１）性的优劣。模态分析用于提取结构的模态参数一固有频率和振型，一般分析时应遵循以下基本假设【１１。［Ｍ］｛８｝＋［ｃ】｛８｝＋Ｍ｛６）＝｛耳）（２）式ｌ和式２中，［Ｍ】为结构的总质量矩阵；［Ｋ］为结构的总刚度矩阵；【Ｃ】为结构的阻尼矩阵；｛６ｌ为线性假

5、设：结构的动态特性是线性的，任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合，其动力学特性可以用一组线性二阶微分方程来描述。时间不变性假设：结构的动态特性不随时间而变化，因而微分方程的系数是与时间无关的常数。可观测性假设：这意味着用以确定我们所关心的系统动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。结构遵从Ｍａｘｗｅｌｌ互易性原理：即在ｑ点输入所引起的Ｐ点的响应，等于在Ｐ点的相同输入所引收稿日期：２００８．１０—２７节点位移列阵；｛占｝为节点位移的二阶导数列阵，即加速度列阵；｛占｝为节点位移的一阶导数列阵，即速度列阵；｛Ｆｐ）为节点等效载荷列阵。经验指出，很

6、多工程结构由于阻尼很小，因此在求结构的固有频率和振型时，可不考虑阻尼的影响，即在结构的动力学方程中，令阻尼［ｃ】＝Ｏ，并考虑外力项｛Ｆ。）＝０，便得到无阻尼自由振动方程：Ｍ｛辨Ｍ㈣＝０（３）弹性自由体振动的振型总可以分解为一系列简作者简俞：余华俐（１９６６一），女，甘肃兰州人，硕士，副教授，主要从事机械设计与制造ＣＡＤ／ＣＡＭ的研究与教学工作。１２６］第３１卷第１期２００９一０１万　方数据谐振动的叠加，为决定自由振动的固有频率和相应的振型，其解的形式可设为：成，它的结构形状和所承受的载荷极为复杂，给有限元建模带来了很大的困难。在建立有限元分析模

7、型时，只考虑一些载倚传导中起主导作用的结构来建立钩体的计算模型。考虑到钩体的结构特点和装配特点，本文将大钩的实际结构在Ｐｒｏ／Ｅ软件中进行｛万｝＝｛６０｝ｓｉｎ（ｏ）ｔ＋缈）（皿】一∞２阻】）｛磊）＝０（４）将４代入３式得以下代数的齐次方程组：（５）简化，导入ＡＮＳＹＳ中建立钩体系统有限元模型。本文采用自由网格划分，选用ＡＮＳＹＳ中的ＳＯＬＩＤ４５四面体８节点三维实体线性单元，ＳＯＬＩＤ４５单元是一种空间实体单元，具有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变的功能【３】。ＳＭＡＲＴ网格划分方式，ＬＥＶＥＬ在自由振动时，结构中各点的振幅｛每．｝不全为

8、零，所以（５）式中括号内矩阵的行列式必须等于零，由此得到结构的自由振动频率方程为：ｌ【Ｋ】一ｏＹ［＾司ｌ｛６０｝－－ｏ（６）结构的刚度矩阵［朗和质量矩