钻机井架的有限元分析和承载能力评定的研究

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1、兰州理工大学硕士学位论文钻机井架的有限元分析和承载能力评定的研究姓名：孙明星申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：欧阳林子20100501硕士学位论文摘要井架是石油钻机起升设备的重要组成部分之一，其杆件多，受力情况复杂，在油田作业中使用频繁，对其进行有限元分析是井架设计和应用的重要环节。本论文针对西部油田应用很广的JJ225／43．K型井架进行力学性能分析，并在此基础上对该井架的承载能力进行安全评定，对于井架结构设计和油田安全生产有着重要的指导意义。本文综述了井架有限元分析的国内外研究现状，通过建立JJ225／43．K型井架的有限元分析模型，运用ANSYS分析软件，

2、进行了三种典型工况下井架的应力和变形分析，找出井架在各工况下的最大应力和变形，得到了井架在静力学分析的薄弱环节。然后应用动力学分析的方式，采用BlockLanzcos方法对井架进行模态分析，获得了前10阶固有频率和振型图，并在此基础上进行瞬态分析和动态响应计算，得到了井架在动载荷作用下的变形和应力变化，以及井架顶部、二层台和人字架等主要部位在不同时间响应的变化规律和振动特性。上面的计算分析主要是为了寻找井架的薄弱环节和应力变化规律，最终是为了分析研究井架的承载能力，本文根据先前做的井架仿真模型，对模型施加不同的载荷，得到了井架的最大应力部位，发现最大应力与载荷存在一定的线性关

3、系，根据此推断出该井架的极限承载能力，与现场测试的应力应变数据做比较，分析理论研究的可行性；并依据强度和稳定理论为主的评定理论，从仿真分析和实验测试两个角度，评定井架的承载能力，从而实现了对JJ225／43．K型井架承载能力的评定分析的研究，具有重要的理论意义和实用价值。关键词：井架；静力学分析；模态分析；瞬态分析；谐响应分析；承载能力钻机井架的有限元分析和承载能力评定的研究AbstractLiftingdrillingrigderrickisanimportantpartoftheequipment，itsbarsandmorecomplicatedstress，frequ

4、entuseintheoilfieldoperations，thefiniteelementanalysisisderrickimportantpartofthedesignandapplication．ThisthesisfocusesonawideWesternOilfieldJJ225／43一Kmastformechanicalanalysis，andbasedonthecarryingcapacityofthederrickforsafetyassessment，thisstructuraldesignforthederrickandoilfieldproductio

5、nhasimportantsignificance．Inthispaper,initeelementanalysisderrickresearchstatus，throughtheestablishmentofJJ225／43一Kmastofthefiniteelementanalysismodel，usingANSYSanalysissoftware，forthreetypicaloperatingconditionsofstressanddeformationanalysisofderrick，tofindoutderrickintheconditionofmaximum

6、stressanddeformation，hasbeenstaticanalysisofthederrickintheweaklink．Thenapplythedynamicanalysisoftheway,Blocktanzcosmethodusingmodalanalysisderrick，wonthefirst10naturalfrequenciesandvibrationpatternmap，andbasedontransientanalysisandcalculationofdynamicresponseobtainedderrickinthedynamicload

7、ingofthedeformationandstress，andthederrickatthetop，two-storyplatformandRenziJiaandothermajorsitesatdifferenttimesinresponsetochangesinlawsandvibration．Theabovecalculationismainlytofindtheweaklinksderrickandstressvariation，thefinalstudyistoanalyzethebeari