基于模型修正的井架安全评定

论文摘要

有限元模型修正技术是通过对有限元计算模型参数的识别和修正,建立反映结构实际状态的有限元模型,本质上属于优化问题。针对井架结构形式的特点及存在的缺陷,本文提出了基于灵敏度分析的参数型有限元修正方法。对井架有限元模型修正技术的研究可以使理想的有限元模型趋于实际井架的结构,能够反映井架结构的真实状态和实际工作性能,对井架的健康检测和安全评定起到重要作用。应用有限元法、结构动力学理论及大型有限元计算软件—ANSYS并结合实际结构,对井架结构进行静力和动力学分析,得到了位移、应力、固有频率以及振型等力学参数和特征,为下一步的模型修正和安全评定奠定了理论基础。基于现场井架结构的低频特性及工作环境特点,本课题采用环境振动测试方法。应用美国IOTECH公司研制的WaveBook系列1MHz高速便携数据采集系统和Zonicbook系列的eZ-Analyst便携式实时振动分析系统对井架动态信号进行采集分析和处理。得到井架的动态特性参数为有限元模性修正提供依据。简要介绍了井架的结构型式及普遍存在的几种安全缺陷,如截面锈蚀、杆件初弯曲、整体初弯曲、载荷偏心、节点刚性降低以及支座沉陷。对井架结构有限元模型修正理论进行研究,提出基于灵敏度分析的参数型有限元修正方法。采用灵敏度分析的方法对井架的设计参数进行分析和选取,以振动测试获得的频率和振型等数据为参照,应用ANSYS软件的优化设计功能对参数进行迭代求解,直到收敛。本文以实验室井架模型为例。借助力锤激励对实验室井架模型进行振动测试,以振动测试得到的前三阶频率为目标函数对实验室井架模型进行有限元修正,结果证明:基于灵敏度分析的参数型有限元修正方法可以较好地修正实验室井架模型。通过实验室井架模型的验证,将基于灵敏度分析的参数型有限元修正方法应用于现场井架。本文对现场JJ162/42-K井架进行环境振动测试,以振动测试获得的数据为目标函数对该井架进行有限元模型修正,修正后有限元模型的动力特性与测试结果很好地吻合。根据修正后的结构参数建立JJ162/42-K型井架的基准有限元模型,运用修正后的有限元模型对JJ162/42-K型井架进行安全评定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 引论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 有限元模型修正概念
• 1.4 基于动力的有限元模型修正方法的发展
• 1.4.1 直接型有限元修正方法
• 1.4.2 基于灵敏度分析的参数型有限元修正方法
• 1.5 有限元模型修正技术应用的现状
• 1.6 有限元模型修正的主要流程
• 第二章 有限元模型修正技术
• 2.1 有限元分析及其在ANSYS 实现过程
• 2.1.1 有限元基本思想
• 2.1.2 有限元建模
• 2.1.2.1 前处理模块（PREP7）
• 2.1.2.2 求解模块（SOLUTION）
• 2.1.3 井架结构静力学分析
• 2.1.4 井架结构动力学分析
• 2.1.4.1 动力学分析理论
• 2.1.4.2 系统模态分析
• 2.1.4.3 系统动力响应分析
• 2.2 参数识别
• 2.3 振动测试
• 2.3.1 传感器的选用
• 2.3.2 振动测试数据采集与分析设备
• 2.4 环境随机激励下频响函数的估计
• 2.4.1 频响函数计算的基本公式
• 2.4.2 无输入量测的频响函数估计
• 2.5 输入未知时井架结构的模态参数识别
• 2.5.1 频率的确定
• 2.5.2 振型的识别
• 2.6 有限元模型修正的相关问题
• 2.6.1 相关性判断准则
• 2.6.2 有限元模型的缩聚和实验模态的扩展
• 2.7 有限元模型修正过程
• 2.7.1 修正参数
• 2.7.2 修正参数的选取
• 2.7.3 目标函数
• 2.7.4 优化算法
• 2.8 本章小结
• 第三章 实验室井架模型的有限元模型修正
• 3.1 井架模型的试验分析
• 3.1.1 实验室井架模型
• 3.1.2 振动分析
• 3.2 有限元分析
• 3.3 有限元模型修正
• 3.3.1 模态参数理论与实测结果比较
• 3.3.2 修正参数的选取
• 3.3.3 模型修正的目标函数
• 3.4 有限元模型修正的结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 JJ162/42-K 型井架的模型修正及安全评定
• 4.1 JJ162/42-K 型井架
• 4.2 井架动力测试
• 4.2.1 测点布置
• 4.2.2 测试仪器
• 4.2.3 测试过程
• 4.2.4 测试结果
• 4.3 井架数值模拟
• 4.4 有限元模型修正
• 4.4.1 修正参数的选取
• 4.4.2 井架有限元模型修正
• 4.4.3 有限元模型修正的结果
• 4.5 修正后井架结构的有限元分析
• 4.6 井架杆件的强度校核
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要