本文關鍵詞：考慮節(jié)點半剛性的石油井架鋼結構疲勞壽命研究

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【摘要】：石油鉆機井架是大型鋼架結構,桿件多、受力復雜,是在石油鉆井過程中為整個石油鉆機系統(tǒng)提供支撐和保護的支護結構,一旦發(fā)生結構破壞、傾覆,后果不堪設想。井架長期服役過程中,承受自重等恒載作用的同時,還要承受工作時交變載荷作用,在這些復雜載荷的作用下,結構的內部應力不斷交替變化,極易導致井架結構發(fā)生疲勞破壞。井架的梁柱連接節(jié)點作為傳遞彎矩、剪力、軸力以及扭矩的重要樞紐部分,是發(fā)生疲勞破壞的危險區(qū)域,其連接方式及連接性能直接影響到連接節(jié)點的疲勞性能,而對石油井架進行研究分析時,傳統(tǒng)上的研究常常將各桿件間的連接視為完全剛接,這并不符合井架實際情況,勢必使得計算結果產生誤差。本文充分考慮連接節(jié)點的半剛性特征,針對石油井架大型鋼結構疲勞壽命問題展開系統(tǒng)研究。根據石油鉆機井架實際工況,系統(tǒng)闡述了石油井架鋼結構疲勞理論,確定了石油井架的疲勞類型為機械高周振動疲勞,并運用安全壽命設計方法來對井架進行疲勞分析,使用名義應力法對井架的疲勞壽命進行估算;在系統(tǒng)闡述半剛性連接特性的基礎上建立數(shù)學模型,提出了節(jié)點半剛性彎矩-轉角特性的主要研究方法。分別使用轉動彈簧單元法和計算組件法結合井架連接特點對井架半剛性節(jié)點的剛度進行了推導計算,分析說明:運用獨立彈簧單元法來模擬整體結構中連接節(jié)點的半剛性比較適宜。以JJ315/45-K型石油鉆機井架為例,建立井架梁柱節(jié)點模型,對其彎矩-轉角特性進行了模擬,得到彎矩-轉角關系曲線;通過改變節(jié)點處梁柱截面厚度、高度尺寸和材料類型系統(tǒng)研究節(jié)點剛度、極限彎矩以及極限承載力的相互影響關系。結果表明:梁翼緣厚度、梁翼緣高度以及材料特性對節(jié)點轉動性能影響較大,而柱翼緣厚度、柱腹板厚度對節(jié)點轉動性能影響較小。對考慮半剛性連接的井架疲勞壽命進行理論計算,將計算結果與同等條件下剛性連接計算結果進行對比,說明運用半剛性節(jié)點處理井架鋼結構節(jié)點連接并進行疲勞分析,其計算結果更符合實際。同時,運用有限元仿真方法對半剛性節(jié)點特征的石油井架進行疲勞壽命計算,與半剛性理論計算結果一致。研究表明,現(xiàn)有的疲勞理論對于大型鋼結構半剛性連接的疲勞分析同樣適用,同時說明在研究井架結構疲勞壽命問題時節(jié)點連接的半剛性特征不容忽視�；诠�(jié)點半剛性的疲勞理論研究,對于石油井架等大型鋼結構承載力和壽命問題研究,有重要的理論意義和應用價值。
【關鍵詞】：半剛性 井架 鋼結構 有限元 疲勞 壽命
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE923
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究的背景和意義9-10
• 1.2 半剛性連接的國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 半剛性連接國外研究概況10-12
• 1.2.2 半剛性連接國內研究概況12-13
• 1.3 疲勞壽命預測方法研究進展13-15
• 1.3.1 疲勞破壞問題研究概況13-14
• 1.3.2 疲勞壽命研究方法概況14-15
• 1.4 考慮節(jié)點半剛性進行石油井架疲勞壽命研究的必要性15
• 1.5 本文主要研究內容15-17
• 第二章 石油井架疲勞壽命及半剛性連接特性理論研究17-31
• 2.1 石油鉆機井架的疲勞強度17-20
• 2.1.1 材料的疲勞17
• 2.1.2 石油鉆機井架疲勞類型17-18
• 2.1.3 石油鉆機井架的疲勞分析方法18-20
• 2.2 石油鉆機井架疲勞壽命估算方法確定20-23
• 2.2.1 名義應力法20
• 2.2.2 疲勞壽命曲線20-22
• 2.2.3 疲勞累積損傷理論22-23
• 2.3 鋼結構半剛性連接的特性及數(shù)學模型23-30
• 2.3.1 半剛性連接的特性23-25
• 2.3.2 半剛性節(jié)點彎矩-轉角特性研究方法25-27
• 2.3.3 半剛性節(jié)點彎矩-轉角特性數(shù)學模型27-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第三章 石油井架鋼結構半剛性連接特性研究31-56
• 3.1 石油井架鋼結構節(jié)點半剛性的模擬31-42
• 3.1.1 井架鋼結構節(jié)點半剛性的模擬31-42
• 3.2 石油井架半剛性連接節(jié)點的彎矩-轉角特性分析42-55
• 3.2.1 JJ315/45-K梁柱連接節(jié)點的幾何尺寸42-43
• 3.2.2 創(chuàng)建模型43-44
• 3.2.3 設置求解控制參數(shù)44
• 3.2.4 加載求解、查看結果44-45
• 3.2.5 繪制彎矩-轉角曲線45-47
• 3.2.6 影響節(jié)點轉動性能的因素47-55
• 3.3 本章小結55-56
• 第四章 石油鉆機井架梁柱半剛性連接的疲勞壽命分析56-73
• 4.1 疲勞強度計算法56-59
• 4.1.1 疲勞計算的允許應力幅法56-57
• 4.1.2 鉆機載荷譜及等效應力幅系數(shù)57-59
• 4.1.3 石油鉆機井架的疲勞壽命計算方法59
• 4.2. 石油鉆機井架整體的靜力計算59-63
• 4.2.1 井架有限元模型的建立60-61
• 4.2.2 井架靜力計算結果61-63
• 4.3. JJ315/45-K型井架的疲勞壽命計算分析63-66
• 4.4 基于Ncode Designlife軟件半剛性連接井架的疲勞壽命分析66-72
• 4.4.1 S－N曲線建立及修正67-68
• 4.4.2 載荷譜編制68-69
• 4.4.3 疲勞計算模型的建立69-70
• 4.4.4 疲勞分析結果及處理70-72
• 4.5 本章小結72-73
• 結論73-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79-80

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本文編號：758162