半潛式平臺(tái)鉆機(jī)用抓管機(jī)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、本文針對(duì)在半潛式鉆井平臺(tái)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(guò)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(dòng)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度的影響，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)理論，建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并求解該模型得到了機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。主要工作和研究成果可概括為如下幾個(gè)方面:
　　應(yīng)用閉環(huán)適量方程建立了抓管機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型，得到機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)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(dòng)力學(xué)模型，得到油

2、缸提供的液壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，并通過(guò)使控制力連續(xù)，從而優(yōu)化了剛體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　應(yīng)用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)分析理論構(gòu)造了抓管機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的各階振型隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過(guò)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(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，驗(yàn)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(yùn)動(dòng)微分方程，得到了機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，驗(yàn)證了對(duì)大尺寸、大柔度機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈性動(dòng)力學(xué)分析的必要性。
　　對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)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(tái)在海浪作用下的運(yùn)動(dòng)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(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　應(yīng)用MATLAB軟件的GUI界面編制了抓管機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析軟件。通