本文選題：鉆機(jī)井架 + 多尺度有限元　； 參考：《東北石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鉆機(jī)井架作為完成鉆井任務(wù)的重要工具,其安全性能對整個鉆機(jī)系統(tǒng)都具有十分重要的意義。以往對鉆機(jī)井架的計算都是基于梁單元的線性模型,這種模型由于過多的簡化使得分析結(jié)果比較局限、較表面化,很難反映某些關(guān)鍵部位的節(jié)點破壞、法蘭接觸等問題,無法全面有效的進(jìn)行分析,為此本文在考慮鉆機(jī)井架局部細(xì)節(jié)問題的基礎(chǔ)上建立結(jié)構(gòu)多尺度模型進(jìn)行其承載性能的分析,主要研究內(nèi)容和成果如下:首先,基于多尺度有限元理論提出了鉆機(jī)井架多尺度模型的建模策略。應(yīng)用MPC多點約束法建立鉆機(jī)井架多尺度模型,其中井架整體采用傳統(tǒng)的“大尺度”梁單元,局部細(xì)節(jié)采用“小尺度”實體單元,利用MPC接觸向?qū)Ы鉀Q了界面連接問題,實現(xiàn)了跨尺度之間力的有效傳遞。同時,并對同一工況下鉆機(jī)井架全梁模型與多尺度模型進(jìn)行了對比驗證,結(jié)果表明了該多尺度方法應(yīng)用在鉆機(jī)井架上的可行性。以ZJ70DB鉆機(jī)井架實驗室模型為研究對象進(jìn)行多尺度模型試驗研究。采用兩種不同的傳感元件,進(jìn)行兩種不同的測試方案設(shè)計和測點布置,分別進(jìn)行了全梁模型試驗與多尺度模型試驗,對測試結(jié)果進(jìn)行對比分析,分析結(jié)果表明多尺度模型試驗更為全面地反映局部細(xì)節(jié)的應(yīng)力分布情況,由此確定了多尺度模型的必要性�；阢@機(jī)井架多尺度模型的可行性和必要性,選取鉆機(jī)井架的“TK”節(jié)點區(qū)域、銷軸連接結(jié)構(gòu)、底部大支座結(jié)構(gòu)這三個典型位置進(jìn)行局部細(xì)節(jié)的多尺度模擬分析。并針對“TK”局部位置,對桿件初彎曲和立柱穿孔兩種損傷形式其進(jìn)行多尺度損傷模擬,證明了多尺度模型能夠反映應(yīng)力在局部小尺度范圍內(nèi)的變化梯度�；谏鲜隼碚�,將鉆機(jī)井架的多尺度模擬進(jìn)行工程應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場7000米鉆機(jī)井架的靜載試驗數(shù)據(jù),對全梁模型進(jìn)行修正,建立基準(zhǔn)數(shù)值模型,在此基礎(chǔ)上建立鉆機(jī)井架多尺度模型。根據(jù)載荷工況設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),對工作工況和預(yù)期風(fēng)暴兩種情況進(jìn)行了鉆機(jī)井架多尺度分析,重點考慮了背面和側(cè)面兩種不同風(fēng)向方向,并分別對位移、軸力、彎矩、強(qiáng)度應(yīng)力等幾個參數(shù)做了對比分析,分析結(jié)果詳細(xì)反映局部桿件在工況載荷下的應(yīng)力分布情況,從而實現(xiàn)了多尺度模擬方法在鉆機(jī)井架承載性能中的推廣應(yīng)用。
[Abstract]:As an important tool to complete the drilling task, the safety performance of the Derrick Derrick is very important to the whole drilling rig system.In the past, the calculation of Derrick Derrick was based on the linear model of beam element. Due to too many simplifications, the analysis results were limited and superficial, so it was difficult to reflect the problems of joint failure and flange contact in some key parts.Therefore, this paper establishes a multi-scale structure model based on the local details of rig Derrick to analyze its bearing capacity. The main research contents and results are as follows: first of all,Based on the multi-scale finite element theory, the modeling strategy of multi-scale model of rig Derrick is proposed.The multi-scale model of Derrick Derrick is established by using MPC multi-point constraint method, in which the traditional "large scale" beam element is used as the whole Derrick, the "small scale" entity element is used in the local details, and the interface connection problem is solved by using the MPC contact guide.The effective transfer of forces across scales is realized.At the same time, the whole beam model of the rig Derrick under the same working condition is compared with the multi-scale model, and the results show that the multi-scale method is feasible to be applied to the Derrick Derrick.The multi-scale model test of ZJ70DB rig Derrick laboratory model was carried out.Two kinds of sensor elements are used to design two different test schemes and test points. The whole beam model test and multi-scale model test are carried out, and the test results are compared and analyzed.The results show that the stress distribution of local details is more fully reflected in the multi-scale model test, and the necessity of the multi-scale model is determined.Based on the feasibility and necessity of the multi-scale model of rig Derrick, this paper selects the "TK" node area of Derrick Derrick, the connection structure of pin shaft and the structure of large base support to carry out the multi-scale simulation analysis of local details.According to the local location of "TK", the multi-scale damage simulation is carried out for the initial bending of the bar and the perforation of the column. It is proved that the multi-scale model can reflect the variation gradient of the stress in the local small scale range.Based on the above theory, the multi-scale simulation of rig Derrick is applied in engineering.According to the static load test data of 7000 meters rig Derrick, the whole beam model is modified, and the benchmark numerical model is established. On this basis, the multi-scale model of drilling rig Derrick is established.According to the design standard of load condition, the multi-scale analysis of rig Derrick is carried out under the working condition and the expected storm condition, and two different wind directions on the back and side are considered, and the displacement, axial force and bending moment are respectively considered.Several parameters, such as strength stress, are compared and analyzed, and the results reflect the stress distribution of the local members under the working load in detail. Thus, the application of the multi-scale simulation method to the load bearing performance of the Derrick Derrick is realized.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE923

【參考文獻(xiàn)】

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1 邵婷;劉金梅;;鉆機(jī)井架多尺度模型界面連接實現(xiàn)與力學(xué)分析[J];機(jī)械設(shè)計與制造工程;2016年07期

2 華劍;周思柱;袁新梅;;鉆機(jī)人字架銷軸有限元接觸應(yīng)力分析[J];制造業(yè)自動化;2015年08期

3 李宏男;王大東;;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多尺度建模與數(shù)值分析[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報;2014年02期

4 高嘯;田錫天;朱軍;張中偉;;基于彈性接觸的銷軸結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2014年03期

5 劉金梅;趙慶程;周國強(qiáng);劉偉;;在役石油井架起升過程的數(shù)值建模和仿真研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2013年12期

6 汪楚清;王虎長;李亮;趙雪靈;孫清;;大跨越輸電鋼管塔結(jié)構(gòu)多尺度有限元分析[J];工程力學(xué);2013年07期

7 范穎;王磊;章青;;多尺度有限元法及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];水利水電科技進(jìn)展;2012年03期

8 白嘉偉;楊本靈;;基于有限元的JJ40/225-K型井架承載能力計算方法[J];石油礦場機(jī)械;2011年08期

9 吳聰穎;段芳莉;郭其超;;多尺度方法在微/納接觸行為模擬中的應(yīng)用進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2011年15期

10 湯華濤;吳新躍;;體殼單元連接MPC法的計算精度分析[J];現(xiàn)代制造工程;2011年07期

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1 劉輝;非均質(zhì)材料動力及非線性分析的多尺度有限元方法研究[D];大連理工大學(xué);2013年

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1 陳煒;跨原子與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的橋接法多尺度仿真探討[D];吉林大學(xué);2015年

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3 郭其超;微/納尺度接觸行為的多尺度模擬研究[D];重慶大學(xué);2012年

4 楊慧;4000m鉆機(jī)井架及底座模型的試驗研究及理論分析[D];東北石油大學(xué);2011年

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6 高榮霞;ZJ50/3150LDB鉆機(jī)井架的設(shè)計和有限元仿真分析[D];中國石油大學(xué);2008年

7 王昌利;ZJ15DB_5鉆機(jī)井架與底座承載能力與安全評定研究[D];大慶石油學(xué)院;2008年

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9 秦昭棟;準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)方法在多尺度模擬中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

10 王勝閣;地形起伏條件下可控源音頻大地電磁法2.5維正演研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2007年

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本文編號：1756002