海洋钻井隔水管固有频率研究述评

隔水管是海洋钻井中的关键设备之一,同时也是薄弱易损的构件之一。只有通过深入分析海洋钻井隔水管的振动固有频率,才能准确判断其强度、刚度和稳定性。通过对现有国内外大量文献的分析讨论,总结了国内外关于海洋钻井隔水管横向振动固有频率的研究成果,归纳了影响海洋钻井隔水管横向振动固有频率的几个主要因素,对今后的研究方向提出了一些建议。     

深水钻井隔水管的波致长期疲劳

作为动力疲劳敏感结构,深水钻井隔水管的长期疲劳性能是重要的设计考虑.提出一种深水钻井隔水管波致长期疲劳计算方法,用以计算一阶波浪载荷和波频浮船运动以及二阶低频浮船运动引起的长期疲劳.采用该方法,根据波浪散布图定义的短期疲劳工况,基于双参数P-M(Pierson-Moskowitz)波浪谱与钻井船响应幅值算子模拟随机波浪与随机钻井船运动,然后进行随机波浪载荷与钻井船运动作用下隔水管非线性动力分析.在得到隔水管响应时间历程的基础上,考虑波浪散点图中所有短期工况的概率,自行开发专用程序计算隔水管波致长期疲劳损伤.算例实现南海海域1 500 m长钻井隔水管的波致长期疲劳分析.重点研究钻井船运动、顶部张紧力和壁厚对隔水管疲劳的影响.文中提出的隔水管波致长期疲劳计算方法简单实用,可用于工程实际.     

深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计

为解决南海台风特征与当前避台方式存在的问题,将从隔水管悬挂方案、新方式的控制方案以及散热三方面来分析深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计,最终得出将软悬挂和硬悬挂相结合的方案,能够满足作业需求。     

无隔水管泥浆回收钻井系统吸入模块密封胶芯非线性摩擦接触分析

建立无隔水管泥浆回收钻井系统密封胶芯及钻具二维轴对称有限元模型,使用非线性有限元方法计算密封胶芯与钻具间的接触压力大小,验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性。研究摩擦因数变化对接触压力的影响,分析密封胶芯Mises应力峰值和钻具与胶芯间的摩擦力分布规律。结果表明:摩擦因数与胶芯密封面和钻具间的接触压力成非线性关系,胶芯主密封段接触压力随摩擦因数增大而减小,而胶芯锥形密封段和凸鼻形密封段的接触压力随摩擦因数增大而增大;胶芯Mises应力随摩擦因数增大而变大,且胶芯与钻杆接头上端接触时Mises应力峰值最大,容易导致胶芯破坏;胶芯与钻具间的接触面积基本不随摩擦因数变化而变化,摩擦力随摩擦因数的增大近似成线性增加;胶芯与钻杆接头接触时,摩擦力较大且增长显著,说明胶芯与接头接触时更容易发生磨损。     

波浪力作用下海洋钻井隔水管随机振动研究

随着海洋钻井向深水海域发展 ,隔水管的受力状态更加复杂。特别是在随机载荷波浪力的作用下 ,隔水管会发生十分复杂的随机振动 ,从而偏离原来的铅垂位置 ,严重时可使钻具受到破坏 ,引起钻井中断。应用随机振动的理论和方法 ,分析了波浪力的随机过程和随机模型 ,指出波浪力是一个均值为零的平稳随机过程 ,隔水管的横向随机位移也是一个均值为零的平稳随机过程。采用模态分析的离散化方法导出了隔水管横向随机振动位移相关函数和均方位移的计算公式 ,编制了计算程序 ,分析了风速对隔水管横向随机振动均方位移的影响。算例表明 :当风速小于 10m/s时 ,均方根值很小 ,可以不予考虑 ;当风速大于 2 0m/s时 ,均方根值与风速成近似的线性关系。本文结果可为隔水管的随机响应计算和工程设计提供一定的理论参考作用。     

FBG式隔水管应变传感器的力学响应特性分析

针对深海隔水管应力监测所设计的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器系统,采用基于有限元方法的软件对传感器在不同载荷模式下的力学响应特性进行了分析,得到了该传感器的应变传递系数。并以仿真结果为依据,对隔水管所受最大应力和弯矩的公式进行了修正。为了获得合适的传感器应变传递系数,通过改变相应参数建立计算了不同的仿真模型,由此分析了弹性元件和固定钢管的弹性模量、长度和外径对它的影响。结果表明:弹性元件长度为调节传感器应变传递系数的最佳参数。     

深水钻井隔水管在海洋动态载荷下的密封试验技术研究

对深海钻井隔水管的密封问题进行研究,此种密封问题的研究在国内外尚属首次,对相关的试验方法进行了研究探索.通过建立力学模型、ANSYS仿真计算,对现有情况下隔水管的密封性能进行了分析,可以获得主管与边管疲劳寿命的大至关系,并计算出在各种可能情况下运用弯曲共振试验原理所需的数据.为现实试验提供理论依据,在国产深海钻井隔水管...     

钻杆转速对铝合金隔水管摩擦学性能的影响

以G105钻杆材料和7075铝合金隔水管材料为对摩副,通过销盘摩擦实验研究了钻杆转速对7075铝合金隔水管摩擦学性能的影响。研究结果表明:随着钻杆转速的增大,7075铝合金隔水管的磨损率先减小后增大,平均摩擦系数逐渐减小。在低钻杆转速下(50 r/min),由于大量磨粒滞留在摩擦面,主要磨损机理是磨粒磨损;在中等转速下(100 r/min),由于接触面温度升高,隔水管表面形成一层致密的摩擦层,有效地保护了铝合金隔水管基体,此时磨损机理作为氧化磨损;在高钻杆转速下,摩擦接触面温度急剧升高,此时主要磨损机理转变为粘着分层磨损。研究成果可以为钻井工程师安全使用7075铝合金隔水管提供一定的参考。     

基于AMESim的钢丝绳式隔水管张紧系统仿真分析

隔水管张紧系统作为海洋浮式钻井的关键装备,其主要用于为隔水管系统提供恒定的顶部张力,克服船体升沉运动对系统的影响,保障隔水管系统的安全。传统的设计过程往往采用手工计算的方法,无法将张紧器和隔水管作为一个整体统一考虑,针对该情况,在AMESim仿真平台搭建张紧器-隔水管动力学仿真模型,分析系统性能及相关影响因子,并对在实际过程中使用较频繁的充放气过程进行了模拟。研究结果可为隔水管张紧器的设计优化和实船应用提供一定的理论依据。     

钻机天车滑轮的有限元强度及模态分析

滑轮是钻机天车的重要部件,设计中有必要掌握其静强度及动态特性。论文建立了天车滑轮的实体模型,在此基础上应用有限元软件对其进行了静强度分析,发现其满足强度要求;进一步对其进行了有限元模态分析,得到前六阶振型及固有频率,发现第一阶固有频率为52.6Hz,所对应的位移趋势较大,为98mm,工作中应注意调整钻台设备的工频,以避免共振。论文研究结果可用于指导天车滑轮的改进设计及钻井现场工况的调整。     

柔性立管内衬层的非线性力学行为分析

由于聚合物材料的黏弹性,柔性立管内衬层易发生蠕变而嵌入至骨架层沟槽中,这一现象可能造成立管结构完整性缺失和骨架层撕裂等安全隐患,但现有的分析理论及有限元模型中,对材料的性质均是做了简单的线性假设,并未考虑聚合物材料的非线性黏弹性特性.基于PA11的试验测试结果,分别采用时间硬化非线性本构模型和考虑时温影响的多重积分...     

基于ABAQUS的容器接管局部应力有限元分析

各种压力容器和常压容器是核电、化工等行业中重要的设备,保证各容器的安全对于系统的正常运行极为重要。文中利用有限元分析软件ABAQUS,针对容器的接管部位进行局部应力分析,得到了接管处应力强度的分布情况,验证了特定接管载荷下容器接管区域的安全性。     

沥青搅拌楼楼架举升状况下的强度分析

楼架强度是衡量沥青搅拌楼在举升过程中承载能力的重要标准.研究了楼架在静态和动态状况下的受力情况,并利用大型有限元分析软件Abaqus对楼架最易遭到破坏的两个角度进行强度分析.根据分析结果,验证楼架结构设计的合理性,这对类似结构的设计、分析具有参考价值.     

基于DEFORM的钻削力预报研究

应用Deform软件的单元去除技术和网格自适应重划技术,考虑工件材料的机械物理性能随温度的变化和流动应力受应变、应变速率和温度影响的特性来模拟材料的非线性,建立了适于钻削过程的三维有限元模型,分析了钻削加工中切削用量对切削力的影响规律;并采用YD-21/4动态电阻应变仪进行了钻削实验,验证了仿真结果的正确性和可靠性。     

基于ABAQUS的常开干式离合器系统的有限元分析

建立了某款混合动力汽车变速箱的常开干式离合器系统的有限元模型。利用有限元方法对离合器的工作过程进行了分析计算。计算结果与经典理论计算结果吻合。研究结果对于离合器系统的设计及优化分析具有参考意义。     

CFRP制孔三维仿真和试验研究

针对CFRP的难加工性提出一种改进的旋刨刀具进行钻削制孔。通过有限元分析软件ABAQUS建立两种刀具的三维钻削模型,验证有限元模型的合理性。由两种刀具的钻孔试验对比和"以磨代钻"制孔方式的对比可知,旋刨制孔对CFRP复合材料加工具有优越性。     

钻削加工有限元仿真的研究进展

对麻花钻建模的国内外研究现状进行了概述;比较了三种适用于切削加工研究的有限元软件的性能特征,探讨了切削过程仿真的关键技术;介绍了有限元仿真在钻削加工中的应用;指出了钻削加工有限元仿真研究所存在的问题及其发展趋势。     

基于Deform的硬铝轴向振动钻削加工仿真

利用有限元软件Deform-3D建立2A12材料的有限元模型,动态模拟轴向振动钻削硬铝的加工过程,通过模拟可以实现观察钻屑的形成过程,形状以及钻削力和扭矩等数据。