HJJ45046海洋钻机井架动态特性分析与结构动力修改技术研究

发布时间：2017-05-31 23:07

  本文关键词：HJJ45046海洋钻机井架动态特性分析与结构动力修改技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着工业水平的稳步提升,对石油,天然气能源需求的急剧增加,我国加快了海洋油气田勘探与开采的步伐。海洋井架作为海洋油气田开采的关键承载结构,在海洋油气田开采过程中发挥着至关重要的作用。海洋井架的安全关系到整个海洋平台能否安全有效生产和工作人员的生命安全。海洋井架处在一个极其恶劣的工作环境下,不仅受到静载荷的作用,还要承载大量动载荷如风载、海浪载荷等动载荷的作用,受力情况异常复杂。这些载荷的作用极大的考验着井架的稳定性,可靠性。而现行的井架设计方法均是采用增大安全系数的静力学设计方法,仅仅是将井架动载工况等效在静力学层面计算。显然,对井架动态特性考虑不够；当井架固有频率与钻修机动力设备工作频率或者外部动载荷频率接近或者吻合时,则会发生共振,钻机不能正常启动工作；井架承载能力在动载荷作用等复杂工作环境下会发生变化；但是这些动态因素都不在静力学设计考虑范围之内。因此,为保障海洋井架结构能够更加安全可靠的服役,使设计方法更加完善合理,对海洋井架开展动态特性的研究以及提出结构动力修改技术的研究与方法是十分必要的,具有重要意义。本文收集研究国内外井架相关文献,对井架静力学设计方法的研究内容,步骤以及存在的优缺点进行了归纳总结；收集整理了国内外井架动态特性分析的方法,对井架动态特性研究的历史背景,发展现状进行了分析总结,提出本文研究思路,整体技术路线与文章结构图。在介绍各动态特性分析理论的基础上,以HJJ45046海洋钻机井架为研究对象,经过合理简化与假设,运用有限元软件直接进行建模,网格划分选取2 node 188 beam梁单元,根据井架杆件截面形状共定义了16种截面属性,共划分4255个单元以及7255个节点；在对井架进行最大钩载工况下的静强度验证之后,对井架作了动态特性仿真分析；随后,在井架基段各杆件中作灵敏度分析,通过选择设备参数来规避前两阶模态频率,直接搜索与第3,4阶预应力模态频率关联最大结构参数；在介绍结构动力修改技术基础理论研究的基础上,以灵敏度搜索结构参数为目标,提出结构动力修改方案,作出结构动力修改。井架的动态特性分析；包括模态分析,谐响应分析与瞬态动力分析。首先是模态分析；分析结果表明,预应力效应影响下,井架的前10阶频率均有较小的下降,说明预应力对井架振动特性有影响,但是很小。另外,井架的前4阶模态频率对应的转速在井架旋转设备的正常转速范围内,井架配备动力设备应尽量避开这四阶模态频率。模态频率在1.56Hz到11.63Hz范围内,符合大型结构工程低频振动特性,与工程实际相吻合；井架整体上振动特性较好；谐响应分析；分析结果表明位移响应峰值均在对应固有频率点处,与理论和实际情况相吻合；井架在x方向(左右方向)刚度较z方向(前后方向)差；井架在工作中不会产生受迫振动。瞬态动力分析；分析结果表明：X方向刚度最弱,与前文模态分析结果相吻合；冲击载荷作用下,井架承载能力变差。灵敏度分析与结构动力修改。以灵敏度分析结果为依据,综合各参数对井架性能的影响以及修改成本,提出两种结构动力修改方案,采用此两种方案进行模态分析。得到井架的模态频率：发现井架各阶频率均有提高,第3,4阶有较大提升,结构动力修改效果较好。
【关键词】：海洋井架 有限元分析 动态特性 结构动力修改
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE52
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题背景、目的及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-18
• 第2章 HJJ45046井架有限元建模及静强度验证18-31
• 2.1 有限元法概述及ANSYS软件18-23
• 2.2 井架有限元建模23-27
• 2.3 最大钩载工况计算与静强度验证27-31
• 第3章 井架动态特性研究31-68
• 3.1 模态分析31-43
• 3.2 谐响应分析43-54
• 3.3 瞬态动力分析54-68
• 第4章 灵敏度分析与结构动力修改68-81
• 4.1 灵敏度分析68-74
• 4.2 结构动力修改74-80
• 4.3 小结80-81
• 第5章 结论与展望81-83
• 5.1 结论81-82
• 5.2 展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-87
• 个人简介87-88

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本文编号：410910