半潛式平臺鉆機用抓管機的運動與動力學分析.pdf

1、本文針對在半潛式鉆井平臺工作的超大尺寸、大柔度的抓管機，考慮機構(gòu)在工作過程中由于自身重力和綜合外力引起的彈性變形和機械振動對機構(gòu)運動精度的影響，在運動學分析的基礎(chǔ)上，運用運動彈性動力學理論，建立了機構(gòu)的動力學模型，并求解該模型得到了機構(gòu)的真實運動規(guī)律。主要工作和研究成果可概括為如下幾個方面:
　　應(yīng)用閉環(huán)適量方程建立了抓管機的運動模型，得到機構(gòu)中各構(gòu)件的運動參數(shù)隨時間的變化規(guī)律。應(yīng)用拉格朗日方程建立了抓管機的剛體動力學模型，得到油

2、缸提供的液壓力隨時間的變化規(guī)律，并通過使控制力連續(xù)，從而優(yōu)化了剛體運動規(guī)律。
　　應(yīng)用機構(gòu)運動彈性動力學分析理論構(gòu)造了抓管機的運動微分方程，從方程中提取質(zhì)量矩陣和剛度矩陣并求得特征值和特征向量，得到機構(gòu)的各階固有頻率以及對應(yīng)的各階振型隨時間的變化規(guī)律。通過提出的三種性能優(yōu)化指標，選取了機構(gòu)的最優(yōu)截面尺寸，提高了機構(gòu)的固有頻率。應(yīng)用有限元分析軟件(ANSYS)對機構(gòu)進行了模態(tài)分析，驗證了數(shù)值分析方法的準確性，并得出各階振型圖。應(yīng)用振

3、型疊加法求解機構(gòu)的運動微分方程，得到了機構(gòu)的真實運動軌跡，驗證了對大尺寸、大柔度機構(gòu)進行彈性動力學分析的必要性。
　　對半潛式鉆井平臺用抓管機所受的綜合外力進行了分析。應(yīng)用改進平面波法求出了直立浮式柱群所受的波浪載荷，得到了平臺在海浪作用下的運動規(guī)律，從而求出了抓管機在海洋波浪載荷作用下所受的慣性載荷。結(jié)合機構(gòu)所受綜合外力，分析了機構(gòu)的真實運動規(guī)律。
　　應(yīng)用MATLAB軟件的GUI界面編制了抓管機的運動和動力學分析軟件。通