基于應(yīng)力、形變測試的井架有限元模型修正及安全性能評估.pdf

1、鉆機(jī)井架的安全性能評估多采用試驗和模擬計算比較，相互驗證的方法完成。由于實際井架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，建立有限元模型時無法模擬所有細(xì)節(jié)。井架結(jié)構(gòu)由制造和服役造成的缺陷也難以計入分析模型。井架的有限元分析?；诤雎阅承┘?xì)節(jié)和缺陷的常規(guī)模型進(jìn)行。常規(guī)模型指忽略井架上的一些附屬結(jié)構(gòu)，桿件連接均視為剛性連接的無缺陷井架有限元模型。試驗表明，由于實際井架中可能存在的各種缺陷的影響，常規(guī)有限元模型不能真實描述井架受力特征。因此需要根據(jù)試驗測試結(jié)果對常規(guī)有限

2、元模型進(jìn)行修正，使計算結(jié)果更接近結(jié)構(gòu)的真實響應(yīng)。
　　 目前井架的安全性能評估，主要基于對井架立柱的應(yīng)力測試。受到現(xiàn)場測試條件和測試成本的制約，應(yīng)變測點數(shù)量有限，測得的立柱應(yīng)力無法完整反映結(jié)構(gòu)的受力特征。本文研究采用攝像測量方法測試井架承載時的變形特征，具有非接觸測量和全局測量的優(yōu)勢。
　　 依據(jù)井架的應(yīng)力、形變測試結(jié)果，參照井架的實際構(gòu)造，確定和驗證更真實的井架模型，進(jìn)行有限元分析。使用改進(jìn)的井架有限元模型進(jìn)行數(shù)值仿真

3、，模擬計算結(jié)果用于井架的安全性能評估。
　　 本文的主要研究內(nèi)容有:
　　 1.利用MATLAB平臺，編寫基于張正友法的攝像機(jī)標(biāo)定程序。提出并實現(xiàn)基于已知特征點相對距離的攝像機(jī)標(biāo)定方法。張正友法具有較高的標(biāo)定精度，但是標(biāo)定過程依賴平面標(biāo)定板進(jìn)行，對測試環(huán)境和測試條件要求較高，不適合大型結(jié)構(gòu)的工程測量。基于已知特征點相對距離的攝像機(jī)標(biāo)定方法在假定攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)已知的基礎(chǔ)上，根據(jù)特征點的像素坐標(biāo)和它們之間的相對距離，完成攝像機(jī)

4、標(biāo)定工作。這種方法在工程測量中具有很大的實用價值，但是標(biāo)定精度較低。
　　 2.對試驗室K型模型井架和JJ315/45-K型在役鉆機(jī)井架進(jìn)行應(yīng)力、形變靜載測試。使用攝像測量技術(shù)測試井架承載時的變形狀況，使用應(yīng)變測量技術(shù)測試井架承載時的應(yīng)力分布。依據(jù)測試數(shù)據(jù)分析井架受力特征。
　　 3.提出依據(jù)攝像測量和應(yīng)變測試數(shù)據(jù)進(jìn)行井架有限元模型修正的方法。井架修正模型的銷接段使用ANSYS中具有“裂縫”屬性的LINK10單元近似模擬

5、。銷接間隙引起的節(jié)點剛度降低通過適當(dāng)折減銷接段單元的抗壓剛度實現(xiàn)。施加在修正模型上的載荷需考慮鉤載偏心的影響。使用試驗室模型井架和JJ315/45-K型在役井架的應(yīng)力、形變靜載測試數(shù)據(jù)對這種方法進(jìn)行驗證。
　　 4.使用修正后的有限元模型，對試驗室模型井架和JJ315/45-K型在役鉆機(jī)井架進(jìn)行安全性能評估。
　　 5.初步研究井架承載時應(yīng)力和形變的關(guān)聯(lián)性。得到根據(jù)井架工作載荷和最大水平位移估算井架立柱軸向應(yīng)力的經(jīng)驗公式

6、。
　　 6.基于MATLAB平臺，開發(fā)完成“井架測量及評價系統(tǒng)”。使用此軟件可進(jìn)行攝像測量數(shù)據(jù)的后處理。圖形化顯示井架承載時的形變，便于使用者進(jìn)行井架的變形特征分析。根據(jù)本文提出的形變-應(yīng)力經(jīng)驗公式近似計算各立柱的軸向應(yīng)力，分析井架的受力特征。通過軟件設(shè)置井架有限元模型修正參數(shù)，調(diào)用ANSYS軟件建立修正模型并進(jìn)行數(shù)值仿真。依據(jù)測試和數(shù)值計算結(jié)果對井架進(jìn)行安全性能評估。
　　 經(jīng)試驗驗證，使用修正后的井架有限元模型進(jìn)行