第四章钻机井架的设计与计算说课.ppt

石油钻机设计 ;第四章 钻机井架的设计与计算 ;4.1 井架的类型与基本参数 4.2 井架载荷 4.3 材料与结构设计 4.4 计算原理 4.5 井架总体稳定的实用计算;4.1 井架的类型与基本参数 ;井架组成：;（2）基本参数;② 高度 名义高度H ——井架大腿底板表面到天车梁底面的垂直高度。 有效高度H1 ——从钻台大梁顶面到天车梁底面的垂直高度（工作中有效）。;③ 二层台高度h 钻台平面至二层台底面的距离—有效高度 一般有三个位置可调。 ④ 二层台容量（立根盒中立根容量） 如：5”钻杆，5040米 （28米立柱，180柱） ⑤ 井架负荷，井架顶载Q顶 Q顶Qmax（有快绳和死绳）;（3）井架类型及选择;① 塔型井架;② K型井架;;③ A型井架;④ 桅型井架;⑤ 动力井架;4.2 井架载荷 ;（1）基本载荷;B、井架自重;② 大钩载荷;③ 工作绳拉力 ，;④ 风 载;Kz—风压高度变化系数； K—风载体型系数； β—风振系数； W工—工作风压， 井架工作状态下承受的风压最大值； W0—基本风压，非工作状态下的极限值。;基本风压W0的计算;工作风压的修正 ;2） （风载体型系数） 风压的大小与构件形状，空气流动状态有关。 ① 单个构件 ② 单面桁架（风向垂直平面）;③ 空间桁架 m —风压削弱系数 ;四面桁架，风沿对角线 —修正系数， 单肢弦杆 双肢弦杆 ;三面桁架，风垂直于一边;3） （风振系数） 风的脉动引起结构物的振动;小结：思路 → → →;注意事项：;⑤ 立根载荷;（2）特殊载荷： ① 动力载荷（海上井架） ② 安装载荷（整体起升井架） 计算整个起升过程 ③ 绷绳载荷（桅架） 塔架等绷绳为安全作用不计算 ④ 地震载荷（地震区域）;（3）计算载荷的确定（载荷组合） ;载荷组合;4.3 材料与结构设计;（2）结构设计;② 结构设计的基本原则 a．严格控制长细比λ b．几何稳定结构 ;（3）节点设计;4.4 计算原理 ;井架的设计程序和主要内容;确定计算方案 ;简 化;根据要求及条件确定方案;静力计算的任务与分类 ;平面桁架法;力 法;力法原理 多余连系→多余未知数→已知力 超静定结构 → 静定结构 选定基本的静定结构（基本静定基） 注意两点： ① 去掉多余连系后， 系统仍为几何不变结构 ② 要考虑到计算的方便;超静定结构 → 静定结构; 给定变性条件，得到补充方程（材力） 正则方程（准则方程） 断杆（杆4） 求X1;例：求图示受力结构的杆件内力，假定各杆截面积相同。;① 确定超静定次数 ② 选定基本静定结构 ③ 建立力法正则方程组;（4）求出各项系数及各项常数 （5）解正则方程组 得：X1=-8.90，X2=3.94 （kN） （6）叠加求各杆内力; ;矩阵分析法（有限元法）;(1) 基本公式;节点位移 {δ} = [δ2j-1 δ2j δ2k-1 δ2k ]T 节点载荷 {Ｆ} = [Ｆ2j-1 Ｆ2j Ｆ2k-1 Ｆ2k ]T ;(2) 刚度矩阵 ;总刚度矩阵;;(3) 边界条件;(4) 平面桁架计算机程序 ① 计算机程序符号说明 框图及N-S图的处理功能 （ａ）叙述框 表示一般处理功能。 （ｂ）判断框 表示在几个可以选择的路径中，判断选取某一路径。 （ｃ）循环框 用以控制循环的初值、终值和步长。 （ｄ）输入输出框 表示信息的输入和输出。 （ｅ）标志框 用以表示流程的开始、结束或暂停。;② 框图中所用到的主要变量和数组说明 M ━━ 杆件数，整型变量，输入参数； NJ ━━ 节点数，整型变量，输入参数； NRJ ━━ 受约束的节点数，整型变量，输入参数； E ━━ 弹性模量，实型变量，输入参数； NLJ ━━ 受载荷的节点数，整型变量，输入参数； N ━━ 整个结构的自由度数，整型变量(N=2×NJ)； X,Y ━━ 节点坐标，NJ维实型数组，输入参数； JJ,JK ━━ 杆件的Ｊ，Ｋ节点号，Ｍ维整型数组，输入参数； AX ━━ 杆件截面积，Ｍ维实型数组，输入参数； IJK ━━ 杆件Ｉ两端点的自由度编号，４维整型数组； RL ━━ 杆件长度，Ｍ维实型数组； CX,CY ━━ 杆件的方向余弦，Ｍ维实型数组； ; JF ━━ 节点的约束代码，Ｎ维整型数组，输入参数； A ━━ 节点载荷，Ｎ维实型数组，输入参数； D ━━ 节点位移，Ｎ维实