自升式钻井平台悬臂梁结构动态响应分析

悬臂梁结构是自升式钻井平台钻井模块的重要配置,直接影响平台的钻井能力。利用MSC.PatranNastran软件对某350 ft自升式钻井平台悬臂梁结构进行动态响应分析,建立了悬臂梁结构的有限元模型,在悬臂梁最大外伸工况下,分析得到结构的前8阶固有频率和振型。随后在模态分析的基础上利用模态法对悬臂梁进行瞬时动态响应分析,得到了结构在瞬态载荷作用下的动力响应。结果表明:动载荷对悬臂梁结构影响比较明显,在进行悬臂梁结构分析时必须考虑钻井过程中动载荷对结构的影响。研究结果对悬臂梁结构分析及优化设计具有一定的指导意义。     

典型张力腿平台整体结构强度分析方法研究

重点针对一种典型张力腿平台(TLP)进行了整体结构强度分析研究,以验证平台结构完整性设计的环境能够抵御恶劣海况的冲击。首先,建立了一种典型张力腿平台的整体有限元模型,平台主体结构按实际设计建立,上甲板结构通过甲板及梁模型对应简化。通过对操作和极端条件下载荷分析,得到平台危险波浪工况下载荷设计波参数。随后,将波浪载荷映射到整体结构的有限元模型,将张力腿上端位置建模简化为弹簧单元来反映包括旋转在内的6个自由度。最后,通过结构有限元计算软件得到结构在各危险工况下的最大等效应力及应力分布趋势,其中针对35个控制单元组,得到对应每种单元组的波浪的浪向及相位。分析结果及张力腿平台整体结构强度分析方法可供其他海洋平台强度分析参考。     

海上移动式钻井平台的强度分析与补强设计

通过对某海上移动式钻井平台进行的有限元法强度分析，找到了平台发生局部损坏的原因，由分析结果发现，在极端工况条件下，对该平台悬臂梁的改造导致弯矩剧增，使局部应力超过许用应力而造成损坏。通过补强设计，可以使其完全满足有关安全作业的要求，实验结果与计算结果吻合良好。     

基于无线应力测试的锁环式快开盲板强度分析

为了对锁环式快开盲板在工作状态下的强度进行准确分析,以某大型天然气过滤器端部的锁环式快开盲板为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的分析方式,给出了一种针对锁环式快开盲板的强度分析方法。首先通过有限元分析法获取盲板的应力分布规律,然后根据ASMEⅧ-2标准对结构强度进行评定,最后利用无线应力测试系统对锁环式快开盲板进行测试。将测试应力与有限元模拟应力进行对比分析,验证了有限元模型及其分析结果的有效性。研究方法能够对锁环式快开盲板的应力分布及强度进行有效分析,并能为该结构的设计提供参考。     

海洋平台关节吊设计计算及研制

本文利用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH,对海洋平台关节吊立柱和主臂的使用工况进行仿真分析,得出主立柱和主臂的强度和整体刚度值,并基于该计算研制关节吊。在研制过程中,对样机进行载荷试验,同时在关键区域张贴应变片,对立柱和主臂的应力进行测试,测试结果与有限元仿真分析的结果吻合,为以后新型关节吊的研制积累了设计方法和经验。     

基于ANSYS的平台波流载荷下动力分析及疲劳分析

介绍了使用ANSYS有限元软件对平台结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析的方法。应用ANSYS软件可以直接对波流载荷作用下的平台进行有限元分析，而且建模简单、计算精度高，可以方便地考虑载荷的随机性。根据ANSYS计算得到的应力，应用管节点的热点应力公式得到平台构件实际的疲劳应力，并使用S-N曲线法计算平台构件的疲劳损伤。对实际的平台进行数值计算，计算出的平台位移最大值和响应周期与现场实际测量值基本一致，这说明计算方法和数学模型是正确的。ANSYS有限元软件可以方便地计算平台结构在波浪、海流载荷下的动力响应和疲劳寿命，是进行平台设计和校核的有效工具。     

水下井口系统拉伸与弯曲测试工装设计与分析

水下井口系统在深水油气开采作业期间承受复杂载荷的作用，极易发生强度破坏和结构失效。目前主要通过数值模拟的手段对水下井口系统进行分析，无法准确评估水下井口在工程应用时的安全性，研制水下井口系统的专用测试设备并分析其试验过程中的结构稳定性具有重要意义。根据水下井口系统实际装配结构，自主设计了水下井口承受悬挂、拉伸、弯曲载荷下的专用测试工装。为论证测试工装结构在测试试验过程中是否会发生强度破坏，基于ANSYS Worbench建立了3种测试工装的有限元模型，分析得到不同工况下测试工装应力响应云图。计算结果表明：悬挂载荷测试时，测试工装最大应力为597.50 MPa;弯曲载荷测试时，测试工装最大应力为349.34 MPa;拉伸载荷测试时，测试工装最大应力为179.14 MPa。各部件应力均未超出材料屈服强度，能够保证测试试验的稳定运行。研究结果可为水下井口系统测试工装的研究设计提供参考。     

WF2000型三缸钻井泵壳体的结构设计与应力分析

海洋钻井要求钻井泵的功率大、体积小、质量轻。在受力分析的基础上,采用ANSYS软件对开发的WF2000型三缸钻井泵壳体进行有限元分析。壳体高应力区位于从动轴轴承座附近,壳体整体结构应力分布不均匀,安全裕度较大。为验证有限元分析的有效性,对钻井泵壳体进行了现场应力测试,测试结果与有限元分析结果比较符合。应用分析结果优化设计了壳体结构,使其应力分布均匀、质量轻。     

加氢反应器上半部应力分析与强度评定

利用ANSYS有限元分析计算软件以某一在役加氢反应器的上半部为研究对象进行了热应力分析、机械应力分析、热应力加机械应力分析,得到了应力分布图;对应力分析结果进行了应力强度评定.结果表明:加氢反应器上半部的应力强度符合我国相关标准规定;从各个截面应力强度评定的结果知,各截面的应力强度都不是很大,原设计偏于保守.     

异形管板换热器应力分析与评定

通过有限元温度场分析及温度场与应力分析的耦合数值计算,实现了异形管板换热器温度载荷与压力载荷同时作用下的有限元应力计算。采用JB4732—1995《钢制压力容器———分析设计标准》的应力分类及强度评定方法对分析结果进行了评定,实现了在构建异形管板换热器真正实际结构有限元模型下的应力分析与评定。     

振动采气管柱应力强度分析

为了给采气管柱疲劳寿命分析和完整性分析提供依据,考虑管柱自重及内、外压沿深度的线性变化,用有限元软件分析振动采气管柱的应力强度。将采气管柱看作是内空的细长杆,用有限元法对管柱进行离散化处理,再用拉格朗日方程得到采气管柱动力学微分方程。采用二维轴对称模型进行建模,采用4节点平面单元Plane42进行分析。分析结果表明,采用ANSYS中轴对称单元Plane42建立采气管柱有限元模型,进行振动采气管柱的应力强度分析是一种有效的方法;井口管柱应力最大,是应力危险点;振动载荷作用下,管柱内壁所受应力大于外壁所受应力。     

基于ANSYS软件实现平台结构的冰激振动分析

通过考虑冰抗压强度与应力速率的函数关系,对Matlock模型作了适当修改,使之能够较全面地反映平台结构的冰激振动特性,同时适用于刚性结构和柔性结构动力分析。利用ANSYS软件建立了平台结构的有限元模型,并选用不同的海冰参数对渤海某导管架平台结构的动力响应和冰力进行了计算与分析,计算过程充分体现了冰与结构物相互作用的耦合,计算结果符合该平台实际冰激振动情况。     

海洋修井机底座有限元分析及优化设计

针对海洋修井机底座轻量化的要求,利用ANSYS软件对某海洋修井机底座进行了三维有限元分析,得到了位移及应力分布。结果表明,最大钩载工况下强度和稳定性均满足要求。用Matlab和ANSYS软件对底座结构尺寸进行优化,得到符合底座工况要求的最优梁的截面尺寸,并对优化结构进行有限元分析。结果表明,优化结构也满足底座的强度及稳定性要求。通过对比发现,Matlab优化设计的底座结构更节约材料,所得到的设计尺寸更接近最优解,因此选取Matlab优化设计的底座结构来指导实际生产。     

含埋藏缺陷压力容器的强度分析

应用有限元程序计算了文〔１，２〕中平板模型和圆筒形实验容器的应力分布，进一步完善和简化了文〔１，２〕中的应力计算方法；应用弹性基础梁理论和结果，建立了含裂缝长条平板边缘处应力和容器埋藏缺陷部位表面处应力简便的计算式，其应力分布曲线与有限元应力分布曲线符合；对含埋藏缺陷的压力容器还进行了强度分析。     

基于ANSYS的焦炭塔动力学分析

利用ANSYS软件建立了焦炭塔应力场分析的有限元模型,结合风载、地震载荷等对焦炭塔进行了分析,计算了各工况下焦炭塔的应力与强度。利用有限元模型对焦炭塔操作过程各阶段的载荷进行了分析计算,结果表明,焦炭塔在风载与地震载荷下能够安全平稳运行。     

结构损伤井架的承载能力研究

以受损的JJ450/45K钻机井架为研究对象,从有限元分析和应力测试2个方面,对井架结构损伤情况下的承载能力进行研究。计算了井架在最大钩载下的受力情况,得到了损伤杆件变形部位的应力分布。数值计算与试验结果表明,结构较小的损伤对井架的承载能力影响不大,不影响其正常使用;有限元分析结果与试验结果较接近。因此,在不具备试验条件的情况下,可通过有限元分析对井架结构损伤部位做保守的承载力评估。     

全尺寸深水钻井隔水管单根耦合分析

为研究不同工况下隔水管单根各部件的受力状况,采用有限元软件ABAQUS建立全尺寸隔水管单根耦合分析模型,模型充分考虑单根各部件的相互关系。提取整体分析结果作为单根局部分析的边界条件,进行作业工况下隔水管柱单根耦合分析,并进行额定载荷工况下单根的极限承载分析。分析结果表明,正常作业工况下,单根最大等效应力发生在主管上,主管应力和变形均较大,而辅助管线和隔水管夹的应力与变形则可忽略;极限工况条件下,隔水管单根仍满足强度要求,但此时主管最大等效应力已接近其许用应力,所以选配隔水管单根时应尽量保证隔水管承受的工作载荷小于其接头的额定载荷。作业工况和极限工况下,主管几乎承担隔水管单根所承受的所有载荷。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合强度分析

为准确得到叶片圆盘泵叶轮在工作中的结构性能,利用有限元软件进行流固耦合强度分析。应用Fluent软件计算得出叶片圆盘泵叶轮在不同工况下压力场分布情况,并通过Work-bench平台,应用ANSYS软件校核叶轮强度,得出不同工况下叶轮的最大危险点、应力及应变分布规律,并针对危险区域进行叶轮结构改进。计算结果表明,所设计叶片圆盘泵叶轮最大危险区域为连接臂与圆盘盖板连接位置,存在应力集中现象。圆弧倒角处理能有效降低应力集中,改善叶轮应变分布情况,有助于提高叶片圆盘泵叶轮的工作可靠性。     

Multistring analysis of wellhead movement and uncemented casing strength in offshore oil and gas wells

This paper presents a theoretical method and a finite element method to describe wellhead movement and uncemented casing strength in offshore oil and gas wells.Parameters considered in the theoretical method include operating load during drilling and completion and the temperature field,pressure field and the end effect of pressure during gas production.The finite element method for multistring analysis is developed to simulate random contact between casings.The relevant finite element analysis scheme is also presented according to the actual procedures of drilling,completion and gas production.Finally,field cases are presented and analyzed using the proposed methods.These are four offshore wells in the South China Sea.The calculated wellhead growths during gas production are compared with measured values.The results show that the wellhead subsides during drilling and completion and grows up during gas production.The theoretical and finite element solutions for wellhead growth are in good agreement with measured values and the deviations of calculation are within 10％.The maximum von Mises stress on the uncemented intermediate casing occurs during the running of the oil tube.The maximum von Mises stress on the uncemented production casing,calculated with the theoretical method occurs at removing the blow-out-preventer （BOP） while that calculated with the finite element method occurs at gas production.Finite element solutions for von Mises stress are recommended and the uncemented casings of four wells satisfy strength requirements.