前开口模型井架试验模态分析

在简述试验模态分析的基本原理后，通过模型井架的模态试验，获得了可靠的频响函数，并应用模态参数识别技术，获得了模型井架的动态特性参数，指出模型井架在动态特性方面存在的薄弱环节，包括上部抗扭刚度不足和中部及两前立柱抗弯刚度不足。     

往复式压缩机轴系扭振特性分析

曲轴系统是往复式压缩机的重要组成部分,目前对于轴系动力学和扭振特性的研究很多,而针对其扭振特性影响因素的研究还相对较少。鉴于此,基于有限元与多体动力学理论建立轴系刚柔耦合动力学模型,通过进行轴系在工作状态的动力学仿真,求解其扭振响应及主轴承的载荷变化情况;在扭振特性分析的基础上,研究飞轮转动惯量对轴系扭振特性的影响。研究结果表明:往复式压缩机轴系扭转振幅较高的频率均小于轴系的扭转固频,靠近驱动端的轴承载荷较大;飞轮转动惯量的减小可在一定程度上提高该轴系的扭转固频,降低其扭振幅值,但会造成轴系周期峰值应力的增加。研究结果对往复式压缩机曲轴系统的设计和减振具有一定的指导意义。     

井架与底座连接刚度对钻机振动的影响研究

为定量研究井架与底座连接刚度对钻机振动特性的影响,推导了连接结构固有频率的计算方法,建立了深井钻机井架与底座的有限元模型。在ANSYS软件中利用Combin14单元模拟井架与底座之间的连接。经模态分析得到钻机在X方向的模态参数,发现在不同的连接刚度下,前3阶模态振型基本一致,但随着连接刚度的增加,各阶模态频率均增大,第2阶模态频率增加最明显,从最低2.582 Hz提高到3.045 Hz,提高了17.93%,而最大模态位移则从23.2 mm减小至15.9 mm,说明井架之间的连接刚度对钻机振动特性具有重要影响。为确保钻机具有良好的结构动态特性,应尽可能提高井架与底座及钻机其他部件的连接刚度。     

压裂作业中高压管汇谐响应分析

为研究压裂泵出口高压管汇整体的振动特性,对3000型压裂泵的排出管汇进行了流固耦合模态分析与谐响应分析,得到高压管汇固有振动模态、流固耦合模态以及高压管汇在泵头体位移激振作用下的振动响应特性。分析结果表明:考虑流固耦合时,压裂液的作用与管汇振动相互叠加使压裂管汇的各阶固有频率有所升高,对应振幅增加11%～28%,各阶振型基本相似;当激振频率为40、52、72、96、168及176 Hz时,管汇位移响应出现极值,极值点频率基本与空管前6阶模态频率相对应,其中3阶固有频率(72 Hz)激振下,位移响应最大;对危险点施加固定约束后,直管与弯管的位移响应得到明显改善,不仅管汇系统刚度得到有效提升,而且能有效避免管汇由低频外界激励作用导致的共振。研究结果可为现场高压管汇减振提供理论依据。     

行星架轴孔过盈配合面微动磨损研究

针对某行星架轴孔过盈配合面连接处的微动磨损现象,基于Archard理论磨损计算模型,结合有限元技术,提出了适用于行星架轴孔过盈配合面的离散化深度磨损修正计算方法。研究结果表明:非线性变化几何形状表面的离散化误差对过盈面微动磨损问题的有限元计算精度影响较大;过盈面周向上接触状态以粘着区为主,轴向上以混合区为主,微动磨损危险位置出现在行星架轴孔过盈面接触边缘的混合区域;当网格数量为500时,既能保证一定的收敛速度,又能保证计算精度;过盈配合面的磨损以轴向为主,危险位置出现在行星架轴孔内侧的接触边缘,当摩擦因数在0.1～0.3区间时,周向的微动磨损对于接触表面的摩擦因数并不敏感,增大摩擦因数可以改变轴向上的接触状态,从而减小轴孔过盈面的微动磨损。所得结论可为相关研究提供一定的借鉴。     

固液耦合工况下钻柱的扭振频率分析

采用ANSYS有限元分析软件对钻柱在固液耦合工况下的扭振频率进行分析,得到了钻柱的前5阶扭转振动固有振型,并对钻井液、钻铤长度、钻柱长度等因素对钻柱各阶扭振频率的影响进行研究.结果表明:钻铤长度、钻柱长度均对钻柱的扭振频率有较大的影响,可以忽略井筒中钻井液、轴向载荷等因素对钻柱扭转振动的影响.     

连续管定向工具工作原理及工具面角度调整分析

针对连续管钻井过程中无法实时摆正工具面的问题,在设计电液定向工具的基础之上,分析了该工具实时调整工具面的方法。以圆弧扭方位计算模式为理论基础,建立了求取设计轨迹离散点的工具面角度计算模型。根据工具面角度调整特点及电液定向工具的结构参数,建立了电液定向工具液压缸控制工具面调整的数学模型。通过实例分析表明,该新型电液定向工具解决了传统定向工具的定向偏差问题,满足实时精确摆正工具面的要求,提高了连续管钻井的定向效率,为国内连续管钻井高端定向工具的研究提供一定的指导作用,有助于国内连续管钻井的发展。     

板结构多模态动力吸振设计方法

针对海洋平台动力吸振研究中存在的多模态耦合振动吸振效果差的问题,研究抑制平台板结构振动的动力吸振器的设计方法。以薄板为具体研究对象,建立薄板与动力吸振器的数学模型,分析动力吸振器质量比的选择问题,讨论在离散模态和密集模态两种情况下动力吸振器的最佳安装位置,给出动力吸振器阻尼比和频率比的优化设计公式。在上述研究基础上,总结平台板结构动力吸振方法。以一个舱室仿真模型为应用对象,对参与舱壁振动的5阶模态进行振动控制,减振效果最高为92.2%。对动力吸振器进行补正设计后,针对第一、第五阶模态的减振效果分别提升0.9个百分点和6.1个百分点。上述结果验证了平台板结构动力吸振方法的有效性,该方法对海洋平台的振动防护具有一定的指导意义。     

基于微分变换法的海洋立管模态参数影响分析

为探究海洋立管模态参数(固有频率及振型)随结构参数(立管长度及弯曲刚度)、轴向张力(恒张力及变张力)、弹性约束刚度(扭转刚度及线性刚度)和附加质量系数的变化规律,将海洋立管简化为轴向张紧的细长梁力学模型,利用微分变换法对其自由振动控制方程进行数值求解。研究结果表明:微分变换法具有收敛速度快和精确度高等优点;海洋立管固有频率随立管长度增加而降低,随立管弯曲刚度和上、下两端约束弹簧刚度的增加而增大,随海水附加质量系数增大而减小。运用微分变换法可很好地分析海洋立管模态参数随各影响因素的变化趋势,这为海洋立管的涡激振动分析及设计提供了重要参考。     

邻井法面距离计算方法的改进

当邻井井段的两个端点都位于比较井某个计算点的法面之同侧时,现有的邻井法面距离扫描算法对于法面与邻井井段的交点的位置判断是不完善的,容易造成错误的判断,影响法面距离计算的可靠性。利用矢量代数工具推导出了法面与邻井上稳斜井段和圆弧井段的交点的解析计算公式,避开了原有算法中利用与端点坐标参数有关的一个不等式对法面与交点的位置关系的判断。对于其他曲线类型的比较井段,当井段端点位于法面同侧时,利用法面法矢量与比较井段切线夹角的连续单调性,使用数值迭代法能够求出比较井段与平行于法面的某个斜平面的切点(如果存在交点),进而使用二分法求出法面与比较井段的两个交点。使用以上改进方法开发的邻井防碰扫描计算机软件增加了法面距离计算的可靠性。