石油钻机井架弹性及弹塑性的稳定性分析研究

石油钻机井架是钻机的重要承力部件之一,承受着主要的载荷,其钢结构井架杆件多、连接复杂,受力环境恶劣,使用工况复杂,因强度不够、失稳而破坏的情况在国内外都曾发生过。因此,将有限元技术应用于钻机井架的设计中,不但能提高设计速度,而且使产品重量轻,满足强度、刚度、受压稳定要求。 本文首先对钻机井架设计、制造,以及井架工作现场进行了全面的调研,查阅了国内外同类产品的研究动态,针对井架的实际情况制定出合理的分析方案;通过建立钻机井架的力学模型,运用有限元法对井架受力时的几种危险工况进行强度校核和整体弹性稳定分析,最后对分析的结果进行了后处理,得出了井架的应力分布、变形规律,计算出了最小屈曲载荷。另外,运用有限元法对井架前大腿进行了弹性及弹塑性稳定分析,包括其离散化计算模型、基本方程和解法,并对二者的计算结果进行了分析对比。新设计的井架与原塔型井架相比,结构合理、节省材料、性能可靠,提高工作效率300%以上。本文所得结论可为井架的设计者提供有益的参考,以便设计出优质价廉、安全可靠的新型井架。