浮式海洋钻井钻柱对大钩位移的响应分析

海洋钻井平台的升沉运动对钻柱、钻压以及钻井操作具有较大影响.建立海洋浮式钻井平台钻柱系统动力学模型,利用级数法和机械振动理论求解得到钻柱系统运动响应,推导得出大钩位移量与钻压变化量的数学公式,通过Matlab计算得到给定钻柱长度下大钩的允许位移.分析计算结果为浮式钻井平台升沉补偿装置的开发提供设计依据,可以作为升沉补偿...     

半主动式恒钻压波浪补偿系统的研究

为了提升海上钻井平台在恶劣环境变化下工作的适应性,设计了负载敏感技术与压力补偿技术相结合的半主动式恒钻压波浪补偿系统,使输出压力与流量自动适应于负载需求。在该系统中,采用气液蓄能器与双作用主动缸相互作用来抵消波浪升沉位移的变化。建立了半主动式波浪补偿系统数学模型,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析。仿真结果表明:与主动式及被动式补偿系统相比较,本系统动态响应快,控制精度高,振动幅度大大降低,节能效果明显增强,有利于海上钻井升沉补偿的推广和改进。     

深海顶张式立管组合参激共振的非线性振动分析

研究了深海顶张式立管参数激励和涡激共同作用下的非线性振动特性.考虑平台升沉运动激励和涡激力建立立管振动方程,采用多尺度方法求解立管振动方程的近似解析解.考虑和型组合参激共振1 2?????情况研究立管的振动特性,计算得到了立管的幅频响应曲线,分析了平台升沉运动对深海立管非线性振动的影响.结果表明:当参激频率满足和型组合参激共振条件时,立管振动响应中频率为1/2参激频率的亚谐波成分明显;且由于内共振关系的存在,立管1阶模态被激发,其幅值远大于2阶模态幅值;随着平台升沉运动幅值的增大,立管横向振动幅值显著增大,这表明平台运动对于立管弯曲振动有重要影响.     

海洋钻井绳索作业时升沉补偿问题的研究

随着海底石油勘探与开发事业的迅速发展,海洋钻井提出了许多新的问题,其中深水浮式钻井船或半潜式钻井平台随海浪的升沉运动就是海洋钻井设备需要解决的特殊问题之一。本文将着重探讨测井、射孔等绳索作业时对随海浪的升沉运动的补偿问题。 问题提出 浮式钻井船及半潜式钻井平台在海浪作用下将产生上下升沉运动,并引起大钩的振动。     

机械驱动式天车升沉补偿装置研究

浮式钻井平台在深水作业过程中,液压驱动式天车升沉补偿装置由于技术成熟而得到广泛应用。针对液压驱动系统存在反应滞后性较大,补偿精度不高的缺点,提出了一种以主动齿轮-从动齿轮-直齿条轨道作为天车补偿驱动传递机构,以驱动电机作为补偿动力来源的机械驱动式天车升沉补偿装置,以提高天车升沉补偿的精度和效率。在对补偿装置机械驱动工作原理分析基础上,提出机械驱动式天车补偿装置的具体结构形式,并对主动齿轮与从动齿轮在传动过程中的受力情况进行分析,得到两齿轮在升沉补偿运动过程中的载荷分布。采用动力学分析方法对从动齿轮和直齿条轨道的传动过程进行分析,建立齿轮-齿条啮合过程动力振动分析模型,得到该过程的力矩平衡方程。采用该机械驱动结构会对直齿条轨道产生一定的振动激励。     

深海采矿升沉补偿系统的自调整模糊控制仿真

针对深海采矿升沉补偿系统的作业过程受海洋环境和自身工作原理的影响，具有复杂性、随机性等特点，采用自调整模糊控制方法，通过可调整因子α和β自寻优，改变量化因子Ke，Kec和比例因子Ka对控制性能的影响，使升沉补偿系统具有最优的动态性能，从而实现升沉平台和扬矿管系统纵向大幅振动的最佳控制。综合运用控制软件MATLAB和虚拟样机软件ADAMS，建立升沉补偿系统的振动控制仿真模型，进行不同海况下的仿真分析。研究结果表明，应用自调整模糊控制器的升沉补偿系统能更好地抑制振动，降低振动的强度，降低幅度达75％～85％，在调整时间、控制效果及适应性等方面的性能均优于常规模糊控制器的性能，完全符合升沉补偿系统的设计要求。     

考虑复杂预应力的深海立管参激稳定性

针对立管结构中存在着复杂预应力分布的问题,探讨了立管受海洋平台升沉运动所引起的立管参激振动问题.基于结构预应力和立管振动理论,开展了含复杂预应力的顶张力立管结构参激振动问题研究.对顶张力立管的参激振动进行了数值计算,对比了复杂预应力大小、方向对立管结构固有频率、振型及参激不稳定区的影响.计算结果表明,焊接残余应力的存在使立管振动频率、振型、不稳定区大小和迁移方向发生改变,影响着立管结构的共振特性.     

基于时间序列分析法的气垫船升沉运动预报

针对受海浪干扰的气垫船升沉运动预报问题,首先,设计基于卡尔曼滤波原理的升沉位移估计器,根据测得的升沉加速度信号,估计气垫船的升沉位移;在此基础上,基于时间序列分析法建立自回归模型并对气垫船升沉运动进行预报.以一艘侧壁式气垫船为例进行仿真,结果验证了本文提出的气垫船升沉运动预报方法的有效性.     

波浪运动补偿平台的自适应预报控制模型研究

具有广义升沉运动补偿功能的波浪运动补偿平台可以减少船舶运动对海上作业和设备的影响.该平台系统的液压机构具有非线性和大惯性的特点.为了有效地进行广义升沉运动补偿,本文采用基于等维新息的自适应自回归多步预报算法和非线性PID控制器相结合的控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制.益参数随误差变化的非线性PID控制器具有较好的适应性、抗干扰性和鲁棒性,适合波浪运动补偿平台液压机构的控制特点,可以提高控制效果.结合实验获得的船舶甲板控制点的广义升沉位移数据,仿真试验结果表明:采用上述的自适应预报控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制能有效地减少平台的广义升沉运动幅值.     

主动式水下拖曳升沉补偿系统的非线性控制

针对主动式水下拖曳升沉补偿系统的非线性时变负载特性,设计一种基于扩展扰动观测器的非线性鲁棒位移控制器。在该控制系统中,将扰动负载分成时变的未知负载与可以建模的负载2部分,并考虑系统动力学的非线性特性,采用滑模控制技术补偿观测器估计误差,通过递推反步法设计主动式升沉补偿器的非线性鲁棒运动控制系统。基于实测的3~4级海况下母船升沉位移对所设计的主动式升沉补偿器开展实验研究。研究结果表明,所设计的控制器在存在负载扰动的情况下实现了精确、迅速且具有强鲁棒性的运动补偿控制,基于本文控制算法的主动升沉补偿器使负载最大升沉位移波动范围由1.40 m衰减至0.01 m,同时缆绳张力最大波动范围由15 k N衰减至1 k N以内,表现出良好的升沉补偿性能。     

水下系泊支撑平台非线性动力响应

针对水下系泊支撑平台在水流涡激作用下的非线性动力响应,基于水力学理论和海洋工程结构力学理论,建立流固耦合非线性动力学方程。采用伽辽金法和综合数值解法,计算了支撑平台浮体固有频率与漩涡泄放频率相近发生谐振时,系泊浮体的非线性动力响应。结果表明,第一阶振型对振动位移的贡献最大;高阶振型对振动位移的贡献依次减小,且各阶模态随时间变化呈现明显的非线性特征。高阶模态对动弯矩、动切力的贡献要远远大于对振动位移的贡献,尤其是对动切力的影响非常大。在计算动力响应时,应该多取几阶振型来保证计算精度。     

挖掘式装载机工作机构振动特性分析

为了搞清挖掘式装载机工作机构的振动特性,根据拉格朗日方程建立了工作机构的动力学模型,借助MATLAB仿真计算获得系统的固有频率和振型.利用Pro/e建立挖掘式装载机工作机构的三维实体模型,结合Ansys/Workbench建立其有限元模型,通过振动响应分析获得了系统的模态振型云图和位移响应云图.结果表明:有限元仿真结果与动力学模型计算值相差无几,且模态频率主要集中在9～75 Hz之间,对系统振动贡献较大频率在30 Hz附近; X向铲斗振动响应最大,Y、Z向响应值较接近,其结论为减小工作机构振动及系统参数优化奠定基础.     

水翼船纵向运动姿态的自适应滑模控制器设计

以水翼船的纵向姿态稳定为目标,为了解决水翼船在实际航行中存在干扰和不确定性因素的问题,设计了基于反步法的自适应滑模控制器,对水翼船的纵向运动姿态(升沉位移和纵摇角)进行控制,利用Matlab进行了仿真实验,结果表明:基于反步法的自适应滑模控制器能够有效抵消干扰的影响,在给定期望姿态条件下,升沉位移和纵摇角能够在规定时间内稳定在一定误差范围内,水翼船的升沉位移和纵摇角在加入控制器后得到了明显改善,与未加入控制器相比,最大值分别下降了76%和90%。     

浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统研究

在前人研究基础上提出一种半主动浮式钻井平台钻柱升沉补偿方案,将被动补偿能耗低和主动补偿精度高的特点有机结合在一起。建立系统数学模型,在仿真基础上,设计并搭建升沉补偿试验台,进行被动、主动和半主动的升沉补偿试验。结果表明,基于蓄能器的半主动升沉补偿系统收敛速度快,性能稳定,补偿效果较好,可以补偿平台97%的升沉运动。     

一种可用于“菲涅耳”光学助降装置稳定平台的并联机构设计

针对"菲涅耳"光学助降装置稳定平台的要求,提出一种能够实现一个方向移动和两个方向转动的空间3自由度并联机构.在航母横摇角、纵摇角以及升沉位移已知的条件下,通过并联机构的运动学分析可以求得驱动滑块的位移方程.分析结果表明该机构适用于"菲涅耳"光学助降装置稳定平台机构.     

悬臂自升式钻井平台运动对隔水导管的响应

以间隙单元模拟隔水导管系统与导管架平台导向支撑间的相互作用,利用有限元法研究悬臂自升式钻井平台运动、导管架平台偏移等位移荷载作用下隔水导管系统的挠曲变形响应,并以隔水导管系统的强度与稳定性为设计准则,分析钻井平台与固定平台相对位移同相和反相的最大相对运动位移及其弯矩分布。计算结果表明,在给定的隔水导管强度和截面尺寸下,钻井平台的最大相对位移为75.0 cm。     

三体船升沉和纵倾计算及其对兴波阻力的影响

基于三维Rankine源方法迭代计算三体船静水航行时的兴波阻力、升沉和纵倾.计算过程中采用NURBS曲面表达船体,根据迭代计算得到的升沉和纵倾确定船体平均浸湿表面,并用铺砌法对其进行全四边形网格划分,计算三体船及其中体的兴波阻力、升沉和纵倾.计算结果与试验结果比较表明,所提方法能够较准确地预报三体船静水航行升沉和纵倾,且考虑升沉和纵倾后,三体船兴波阻力数值计算精度有明显改进.     

海洋钻机的起升机件的强度问题的研究

问题提出 我国的海洋石油勘探与开发事业正在迅速发展,海洋石油钻井不断提出了许多新的课题。 海洋浮动钻井船及半潜式钻井平台在海浪作用下将产生上下升沉运动,从而引起大钓的振动。大钩是钻机的重要起升机件,它所承受的动载荷将影响到所有的海洋钻机的起升机     

海洋钻井船升沉补偿装置工作理论的初步研究

海底石油的勘探与开发事业近年来世界上发展很快,我国的海洋石油地质、勘探、开发事业也在迅速发展。海洋钻井工作中提出了许多新的问题,其中浮式钻井船与半潜式钻井平台随海浪的升沉运动问题就是海洋钻井设备需要解决的特殊问题之一。 问题提出 浮式钻井船及半潜式钻井平台在波浪作用下将产生上下升沉运动,这种周期性升沉运动将引起井架及大钓上悬吊着的钻杆柱或套管柱以及其它下井器具产生周期性上下往复运动,     

低速风洞大振幅升沉振动加速度导数测量装置的设计

为了研究飞行器在纵向大迎角状态下的动态失速现象，设计了一套用于低速风洞的升沉振动测量装置，本装置采用强迫振动方法，利用偏心滑块机构将转动变为直线运动，可测量出由模型升沉振动加速度产生的导数利用此导数值可将组合动导数分离，为准确预测飞行器飞行特性提供可靠的保证，此装置的特点是振动幅值大，天平测量精度高，试验数据可靠。