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参数化塔形井架抗震性能分析与研究

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:394      更新时间:2019-01-23


                                                       张〓力,贾存千
                                      (兰州理工大学机电工程学院,甘肃 兰州〓730050)
摘要:为应对频发的海洋地震给石油钻井井架安全性带来的威胁,提出采用参数化塔形井架进行抗震性能分析的方法。首先利用ANSYS APDL对塔形井架进行参数化建模;其次引入时程分析法对塔形井架建立振动方程;最后将太平洋地震加速度波数据导入到ANSYS中利用APDL后处理功能,得到了海洋钻井平台塔形井架的参数化地震响应分析结果。最终证明塔形井架能够满足抗震性能的要求,为参数化海洋平台的研究提供了可行的方法。
关键词:塔形井架;抗震性能;时程分析法;参数化;地震响应分析
中图分类号:TE9〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)12-0010-05


    塔形井架是石油钻井井架的一种主要形式,在石油钻机中起到举足轻重的作用,主要承受来自钻机的大钩载荷,自身的惯性载荷,来自环境的风载、波浪载荷,以及地震载荷,以上载荷中风载和波浪载荷以及地震载荷属于动载荷,很大程度上决定着井架的稳定性和可靠性。地震载荷在井架设计中可看作是一种加速度激励,其作用效果体现为井架的一种谐波响应。地震载荷对空间高耸结构的破坏是相当严重的,后果也是无法接受的,因此对井架的抗震性能的研究具有相当重要的意义。目前的研究多集中于井架的抗震性能,任杰等 [1]对HJ180海洋钻机井架进行了动力特性及地震响应分析,首先利用Guyan缩聚法计算分析井架结构动力特性,得到了井架前十阶模态和振型,然后选取APIRP 2A-WSD地震响应谱,分别从X,Y,Z 3个方向对井架结构进行地震响应分析,得到了3个方向结构地震响应的最值。韩晓双[2] 应用3种方法对导管架式海洋平台进行了地震响应研究,提出了一种基于梁理论的海洋平台随机地震响应简化计算模型。目前对钻井设备及井架的地震响应进行分析与研究的文献很少,因此笔者提出一种参数化井架的地震响应分析与研究方法,该方法利用ANSYS APDL参数化建模的方法得到井架模型,使用参数化程序实现不同方向和不同大小的井架地震响应分析,以此研究井架的抗震性能。
1〓塔形井架的模型建立
塔形井架结构包括井架主体、二层台、天车台、梯子等。因抗震性能分析主要是考虑井架主体部分的变形,可将井架模型简化成井架主体,其结构主要由立柱、横梁、斜撑杆组成。各杆件截面形状主要有H型和T型两种。立柱和横梁主要承受端面压力和径向扭矩,选用H型截面;斜撑杆相对受力较小,选用T型截面。
建立塔形井架模型的方法有很多,主要以自下而上建模和逆向思维建模两种方法为主。采用ANSYS APDL参数化建模方法可实现井架模型的快速生成及重新生成,即通过编写井架的APDL命令流,然后调用ANSYS后处理模块生成模型,同时改变模型〖HJ*4/9〗结构参数即可实现其参数化建模。图1所示为井架模型的部分APDL命令流。

图1〓井架模型的部分APDL命令流

  本模型中,各杆件的衔接都是固定连接,给其赋予密度7 850g/cm3和弹性模量2.06×1011Pa后,得到的模型与井架实体接近,可用此模型完成井架的静力学和动力学分析。
......

作者简介:张力(1965—),女,甘肃兰州人,兰州理工大学教授级高级工程师,主要研究方向为石油钻机的设计与研发。


文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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