钻井平台自动猫道支撑体系受力性能有限元分析
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４ ． １ １ １ ２ ５
ｔ ３
４ ５
（ ａ ） 铰接
’’’
＇．＿．＿
～
ｆ－．＇．
＿．￣．＿～ ．． ． ． ． ．． ．． ． ．．．．．． ． ．．．
（ ｂ ） 铰接
．．．
．．．．．．．．
剪力影哺线
图 ２ 上部杆件 连接 方式 表 Ｉ 腹杆编号及尺寸
（ ｂ ） 剪力影响线
该 自动猫道支撑体系主要包括上部桁架部分和 下部 支撑 部分 ， 其 计 算 简 图如 图 １ ， ２所 示 。 图 中包 括了各主要部件的尺寸和桁架中腹杆的连接方式以 及边界条件的简化处理等。各杆件截面信息和具体 尺 寸见表 １ 。
图 １ 自动 猫道计算
第 ３期
陈悦军等 ： 钻井平台 自动猫道支撑体系受力性能有限元分析
（ 甘肃蓝科石化高新装备股份有 限公司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ）
摘 要： 为了分析 自动猫 道支撑结构体 系在滑轮 移动荷载作用 下的受力性能 ， 在合理选 取钢材 材性和单元类 型的基
础上 ， 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有限元软件对该结构装置进行 了数值模型分析 ， 分别计算 了上部 结构杆件为刚接和铰接不同连接 方式下的力学性 能。通 过荷 载 简化 计 算可 得 ， 该 结 构体 系 最不 利 荷 载位置 为移 动荷 载 作 用在 距 桁 架左 侧 端部 ４ ． １ ７ ７ ５ ｍ处 。分析结果表明 ， 连接方式为刚接和铰接两 种工况 的分析结果 基本一致 ， 桁 架结构 在其跨 中位置处 的竖 向位移 和轴 向应 力都 比较大 ， 尤其 是下 弦的跨中杆件应力 比都大 于 ０ ． ５ ； 铰接连 接方式 下 的分析结果 略大 于刚接 连
接方式 的分析结果 。
关键词 ： 自动猫道支撑体系 ； 有限元 ； 力学性 能 ； 数值模拟 ； 连接 方式
中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ５ ２
随着各 种工 程结构形 式 的多 样化 和复 杂化 ， 越来越多的工程人员采用有限元软件进行工 程结 构 的数值分析 ， 作 为设计 后结构安 全性 的验算 和 有效补充 ， 例如采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 、 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ等大型通用 有 限元软 件。Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ是 一个 广泛 应 用 于机 械 制
造、 石 油化 工 、 轻工、 造船 、 航 空航 天 、 汽车交通 、 土
桥 梁 时域 颤 振 分 析 ； 李洛 等－ ４ 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限 元
软件进行 了铁路隧道在高地应力作用下 的有限元 分析 。本 文用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ元软件对石油井架体 系中的 自动猫道 支撑结 构体 系进行数 值模拟 分析 ， 计算 支撑 结构 在 不 同 连 接 方 式 下 的 受 力性 能 ， 为 工 程 实际提供参考 。
第３ ０卷
第 ３期
甘 肃科 技 Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ
． ３ ０ Ⅳ ０ ． ３
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ２月
钻 井 平 台 自动猫 道 支 撑体 系受 力性 能有 限元 分 析
陈悦军 ， 解文芳 ， 王维 国， 张 磊
图 ４ 影 响 线
分析 ， 处于这两种位置时， 结构跨中最大弯矩是相 同
的。的 基 础 上 ， 根
据剪力影响线进行判断 ， 计算可得在 ４ ． １ ７ ７ ５ ｍ位置
时为 ５ ２ ． ９ ６ ２ ｋ Ｎ， 在 ５ ． ８ ７ ７ ５ ｍ位置 时为 ４ ３ ． ０ ３ ８ ｋ Ｎ。
木工程等众 多工 业领域 ， 集结 构 、 热、 流体 、 电磁、
声 学 于 一 体 的 以有 限元 分 析 为 基 础 的 大 型 通 过
１ 自动猫道装置简介
１ ． １ 计 算 简 图
Ｃ Ａ Ｅ软件 ， 获得了工业界的普遍认 可 ， 其计算结果 具有 良好 的可靠 性和计 算精度 ， 已经 在各个 行业 得到 了广 泛 的应 用。例 如 ： 潘 韧 坚 等 … 介 绍 了 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有 限元进行 了焊接 热效应 中的应用 ； 关 云 飞等 进行 了 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 中修 正剑 桥模 型 的二 次 开发 ； 卿前志ｌ ３ 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限 元 软 件 进 行 了
为了确定该装置在移动荷载作用下最不利荷载 位置 ， 将桁架简化为带有悬挑部分 的简支梁 ， 如图 ３ 所示 。因此将 问题简化为该移动荷载作用在什么位
因此 ， 确定在该移动荷载作用下该桁架结构最不利
荷载位 置 为距桁 架 左侧 端部 ４ ． １ ７ ７ ５ ｍ处 。
２ 有 限元模 型
１ ． ２ 荷载简化计算 自动猫道装置上作用载荷由于滑轮作用为移动 荷载 ， 其大小 和方向不变 （ 本 文中只考虑 滑轮单向
本 文 分析 研究 主要 对象 为猫道 下部支 撑 桁架 和
时该 荷 载 的移 动 位 置 ， 从 而确 定 为结 构 的最 不 利 荷
载位 置 。
Ｂ Ｅ Ａ Ｍ１ ８ ８ 单元进行建模分析 ； ２ ） 桁架 中的腹杆采 用铰接 ， 其余 杆件 采用 刚 接。腹 杆 采 用 Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ ８单 元 模 拟 ， 其 余 构 件 采 用
Ｂ Ｅ Ａ Ｍ１ ８ ８建模 分析 。 材料 采用 Ｑ ２ ３ ５的钢 材 ， 材 料 模 型 采 用 双 折 线 等 向强 化模 型 。模 型荷 载 与 边界 如 图 ５所 示 ， 右 侧
底部支架部分 ， 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有限元建模分析。模型
按腹 杆 刚接 和铰接 两种 工况 考虑 ： １ ） 所 有 杆 件 采用 刚接； 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 中 的
运动 ， 不考虑来回作用 ） ， 作用位 置沿着猫道发生变
化。因此， 该装置在移动荷载作用下 的受力状态将 随荷载作用位置的不 同而变化 ， 包括结构 的内力和 变形等。确定使 上述量值 （ 内力和变形 ） 达到最大
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（ ａ ） 铰接
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（ ｂ ） 铰接
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剪力影哺线
图 ２ 上部杆件 连接 方式 表 Ｉ 腹杆编号及尺寸
（ ｂ ） 剪力影响线
该 自动猫道支撑体系主要包括上部桁架部分和 下部 支撑 部分 ， 其 计 算 简 图如 图 １ ， ２所 示 。 图 中包 括了各主要部件的尺寸和桁架中腹杆的连接方式以 及边界条件的简化处理等。各杆件截面信息和具体 尺 寸见表 １ 。
图 １ 自动 猫道计算
第 ３期
陈悦军等 ： 钻井平台 自动猫道支撑体系受力性能有限元分析
（ 甘肃蓝科石化高新装备股份有 限公司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ）
摘 要： 为了分析 自动猫 道支撑结构体 系在滑轮 移动荷载作用 下的受力性能 ， 在合理选 取钢材 材性和单元类 型的基
础上 ， 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有限元软件对该结构装置进行 了数值模型分析 ， 分别计算 了上部 结构杆件为刚接和铰接不同连接 方式下的力学性 能。通 过荷 载 简化 计 算可 得 ， 该 结 构体 系 最不 利 荷 载位置 为移 动荷 载 作 用在 距 桁 架左 侧 端部 ４ ． １ ７ ７ ５ ｍ处 。分析结果表明 ， 连接方式为刚接和铰接两 种工况 的分析结果 基本一致 ， 桁 架结构 在其跨 中位置处 的竖 向位移 和轴 向应 力都 比较大 ， 尤其 是下 弦的跨中杆件应力 比都大 于 ０ ． ５ ； 铰接连 接方式 下 的分析结果 略大 于刚接 连
接方式 的分析结果 。
关键词 ： 自动猫道支撑体系 ； 有限元 ； 力学性 能 ； 数值模拟 ； 连接 方式
中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ５ ２
随着各 种工 程结构形 式 的多 样化 和复 杂化 ， 越来越多的工程人员采用有限元软件进行工 程结 构 的数值分析 ， 作 为设计 后结构安 全性 的验算 和 有效补充 ， 例如采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 、 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ等大型通用 有 限元软 件。Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ是 一个 广泛 应 用 于机 械 制
造、 石 油化 工 、 轻工、 造船 、 航 空航 天 、 汽车交通 、 土
桥 梁 时域 颤 振 分 析 ； 李洛 等－ ４ 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限 元
软件进行 了铁路隧道在高地应力作用下 的有限元 分析 。本 文用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ元软件对石油井架体 系中的 自动猫道 支撑结 构体 系进行数 值模拟 分析 ， 计算 支撑 结构 在 不 同 连 接 方 式 下 的 受 力性 能 ， 为 工 程 实际提供参考 。
第３ ０卷
第 ３期
甘 肃科 技 Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ
． ３ ０ Ⅳ ０ ． ３
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ２月
钻 井 平 台 自动猫 道 支 撑体 系受 力性 能有 限元 分 析
陈悦军 ， 解文芳 ， 王维 国， 张 磊
图 ４ 影 响 线
分析 ， 处于这两种位置时， 结构跨中最大弯矩是相 同
的。的 基 础 上 ， 根
据剪力影响线进行判断 ， 计算可得在 ４ ． １ ７ ７ ５ ｍ位置
时为 ５ ２ ． ９ ６ ２ ｋ Ｎ， 在 ５ ． ８ ７ ７ ５ ｍ位置 时为 ４ ３ ． ０ ３ ８ ｋ Ｎ。
木工程等众 多工 业领域 ， 集结 构 、 热、 流体 、 电磁、
声 学 于 一 体 的 以有 限元 分 析 为 基 础 的 大 型 通 过
１ 自动猫道装置简介
１ ． １ 计 算 简 图
Ｃ Ａ Ｅ软件 ， 获得了工业界的普遍认 可 ， 其计算结果 具有 良好 的可靠 性和计 算精度 ， 已经 在各个 行业 得到 了广 泛 的应 用。例 如 ： 潘 韧 坚 等 … 介 绍 了 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有 限元进行 了焊接 热效应 中的应用 ； 关 云 飞等 进行 了 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 中修 正剑 桥模 型 的二 次 开发 ； 卿前志ｌ ３ 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限 元 软 件 进 行 了
为了确定该装置在移动荷载作用下最不利荷载 位置 ， 将桁架简化为带有悬挑部分 的简支梁 ， 如图 ３ 所示 。因此将 问题简化为该移动荷载作用在什么位
因此 ， 确定在该移动荷载作用下该桁架结构最不利
荷载位 置 为距桁 架 左侧 端部 ４ ． １ ７ ７ ５ ｍ处 。
２ 有 限元模 型
１ ． ２ 荷载简化计算 自动猫道装置上作用载荷由于滑轮作用为移动 荷载 ， 其大小 和方向不变 （ 本 文中只考虑 滑轮单向
本 文 分析 研究 主要 对象 为猫道 下部支 撑 桁架 和
时该 荷 载 的移 动 位 置 ， 从 而确 定 为结 构 的最 不 利 荷
载位 置 。
Ｂ Ｅ Ａ Ｍ１ ８ ８ 单元进行建模分析 ； ２ ） 桁架 中的腹杆采 用铰接 ， 其余 杆件 采用 刚 接。腹 杆 采 用 Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ ８单 元 模 拟 ， 其 余 构 件 采 用
Ｂ Ｅ Ａ Ｍ１ ８ ８建模 分析 。 材料 采用 Ｑ ２ ３ ５的钢 材 ， 材 料 模 型 采 用 双 折 线 等 向强 化模 型 。模 型荷 载 与 边界 如 图 ５所 示 ， 右 侧
底部支架部分 ， 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有限元建模分析。模型
按腹 杆 刚接 和铰接 两种 工况 考虑 ： １ ） 所 有 杆 件 采用 刚接； 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 中 的
运动 ， 不考虑来回作用 ） ， 作用位 置沿着猫道发生变
化。因此， 该装置在移动荷载作用下 的受力状态将 随荷载作用位置的不 同而变化 ， 包括结构 的内力和 变形等。确定使 上述量值 （ 内力和变形 ） 达到最大