半潛式平臺鉆機(jī)用抓管機(jī)的運動與動力學(xué)分析.pdf

1、本文針對在半潛式鉆井平臺工作的超大尺寸、大柔度的抓管機(jī)，考慮機(jī)構(gòu)在工作過程中由于自身重力和綜合外力引起的彈性變形和機(jī)械振動對機(jī)構(gòu)運動精度的影響，在運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，運用運動彈性動力學(xué)理論，建立了機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型，并求解該模型得到了機(jī)構(gòu)的真實運動規(guī)律。主要工作和研究成果可概括為如下幾個方面:
　　應(yīng)用閉環(huán)適量方程建立了抓管機(jī)的運動模型，得到機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運動參數(shù)隨時間的變化規(guī)律。應(yīng)用拉格朗日方程建立了抓管機(jī)的剛體動力學(xué)模型，得到油

2、缸提供的液壓力隨時間的變化規(guī)律，并通過使控制力連續(xù)，從而優(yōu)化了剛體運動規(guī)律。
　　應(yīng)用機(jī)構(gòu)運動彈性動力學(xué)分析理論構(gòu)造了抓管機(jī)的運動微分方程，從方程中提取質(zhì)量矩陣和剛度矩陣并求得特征值和特征向量，得到機(jī)構(gòu)的各階固有頻率以及對應(yīng)的各階振型隨時間的變化規(guī)律。通過提出的三種性能優(yōu)化指標(biāo)，選取了機(jī)構(gòu)的最優(yōu)截面尺寸，提高了機(jī)構(gòu)的固有頻率。應(yīng)用有限元分析軟件(ANSYS)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，驗證了數(shù)值分析方法的準(zhǔn)確性，并得出各階振型圖。應(yīng)用振

3、型疊加法求解機(jī)構(gòu)的運動微分方程，得到了機(jī)構(gòu)的真實運動軌跡，驗證了對大尺寸、大柔度機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈性動力學(xué)分析的必要性。
　　對半潛式鉆井平臺用抓管機(jī)所受的綜合外力進(jìn)行了分析。應(yīng)用改進(jìn)平面波法求出了直立浮式柱群所受的波浪載荷，得到了平臺在海浪作用下的運動規(guī)律，從而求出了抓管機(jī)在海洋波浪載荷作用下所受的慣性載荷。結(jié)合機(jī)構(gòu)所受綜合外力，分析了機(jī)構(gòu)的真實運動規(guī)律。
　　應(yīng)用MATLAB軟件的GUI界面編制了抓管機(jī)的運動和動力學(xué)分析軟件。通