主要有履带式通井机、轮式作业机、修井机等,其中轮式作业机具有越野性好、搬迁运移便捷、作业效率高、
经济实用等优点,是通井机发展的主要方向。轮式作业机井架是油井进行修井作业时起下井的支架,它在修井作业中,特别是刚开始起钻和下钻时的突然刹车均会产生较大的冲击,使井架承受较大的额外动载荷并产生剧烈振动。并且,由于转盘的周期性激励,井架也会产生不同形
[1]
式和不同程度的共振。从而导致井架结构的破坏,无法顺利进行修井作业。
1.2研究概况
井架结构动态承载能力测评技术是一项挖掘结构设备潜力、节约生产成本并确保生产安全,经济效益、社会效益十分明显的工程实用技术,它也是一门多学科综合交叉的工程科学,有不少理论问题和技术难点值得研究,在石油生产部
门中具有良好的发展前景,因而合理的预报出井架的实际承载能力,以成为石油井架安全评定理论研究的主要内容[3]。主要方法有:实验室井架模型动态研究测试、实测频
率为基础的动态判断及目前应用最多的
计算机仿真模型计算。
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第二章
动态分析
2.1动态分析的基本概念
动态分析用来确定惯性(质量效应)和阻尼器重要作用时结构或构件的动力学特性。动态分析通常指下列几种物理现象:振动、冲击、交变作用力、地震载荷、随机振动等。按照运动方程的求解形式的不同,在ANSYS中动态分析主要有
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3中形式:模态分析、瞬时动态分析、谐波响应分析。
模态分析可以确定一个结构或机构的固有频率和振型。模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术,这些振动特性包括:固有频率、振型、振型参与系数(即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动)等。模态分析假定结构是线性的。任何非线性特性(如塑性单元)即使定义了也将被忽略。模态提取是用来描述特征值和特征向量计算的术语,在ANSYS中模态提取的方法有6种:Subspace子空间)BlockLanczos法、(法、PowerDynamics法、Reduced(缩减)法、Unsymmetric(不对称)法和Damped(阻尼)法。使用何种模态提取方法取决于模块的大小和具体的应用场合。瞬时动态分析是确定随时间变化荷载(例如爆炸)作用下结构响应的技术。瞬时动态分析可以应用在:承受冲击荷载的结构、承受随时间变化载荷的结构、承受撞击和颠簸的家庭和办公设备。ANSYS允许的瞬时动态分析包括各种类型的非线性,如大变形、接触、塑性等。求解瞬时动态方程的结主要有两种方法:模态叠加法和直接积分法。
2.2动态分析的基本理论
有限元法是一种解决工程问题的数值计算方法,随着近几十年来电子计算机的飞速发展得到广泛的应用,它的应用范围已从杆、梁类结构扩展到弹性力学平面问题、空间问题、板壳问题;由静力平衡问题扩展到动力问题、波动问题和稳定问题。分析的对象从弹性材料扩展到粘弹性、塑性、粘塑性及复合材料等;从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁场、建筑声学与噪音、地质力学及连续介质力学等各领域。在工程实际中的作用从分析与校核扩展到优化设计,并与计算机辅助设计、计算机辅助生产等技术相结合。出现了许多大型商业有限元通用软件,并且功能日趋强大且使用方便,使有限元法的应用更加简单和普及。
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第三章
总结
(1)用ANSYS软件对复杂的空间井架结构进行有限元建模、模态分析、瞬时动态分析及计算机数值模拟是可行的,而且更加的简便、快速、精确。(2)轮式作业机井架的模态分析结果表明:低阶振型反应了井架