钻机井架的有限元分析和承载能力评定的研究

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，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Block Lanzcos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。

目录

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论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题背景及研究的意义

1.2国内外研究现状

1.2.1井架有限元研究的现状

1.2.2井架的承载能力安全评定研究国内外现状

1.3本文主要研究内容

第2章 JJ225/43-K型井架的静力学分析

2.1有限元结构分析基本原理

2.1.1结构静力学分析

2.1.2单元特性分析

2.2 JJ225/43-K型井架的静力学有限元模型

2.2.1井架结构简化的基本假设

2.2.2 JJ225/43-K型井架有限元模型的建立

2.2.3约束条件的确定

2.2.4计算载荷

2.3钻机井架静力学计算结果

2.3.1最大钩载

2.3.2半风载额定载荷

2.3.3全风载

2.4本章小结

第3章 JJ225/43-K型井架的动态分析

3.1模态分析

3.1.2模态分析理论

3.2钻井井架的模态结论

3.2.1振型分析

3.3瞬态分析

3.3.1瞬态动力学分析方法

3.3.2 JJ225/43-K型井架瞬态动力学分析

3.4谐响应分析

3.4.1谐响应分析理论

3.4.2 JJ225/43-K型井架的谐响应分析

3.5本章小结

第4章 JJ225/43-K型井架承载能力安全评定理论

4.1 JJ225/43-K型钻机井架承载能力的仿真分析

4.2 JJ225/43-K型钻机井架承载能力现场测试

4.2.1井架承载能力的分析研究

4.2.2 JJ225/43-K型承载能力现场测试

4.3承载能力的评定

4.3.1承载能力的评定计算

4.4本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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