[發明專利]一種鉆井隔水管的固有頻率計算方法

有效

• 申請號: 201710016914.0
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106844918B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 黃維平;管健;宋虹;付雪鵬
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 11253 北京中北知識產權代理有限公司
• 代理人: 段秋玲

本發明涉及一種鉆井隔水管的固有頻率計算方法，提供一種既可以解決變張力梁式結構的固有頻率計算問題、又可以解決傳遞矩陣法計算鉆井隔水管的柔性接頭模擬問題和非標準立管段模擬問題的固有頻率計算方法。本發明采用復雜彎曲的撓曲線函數建立場矩陣，得到了考慮軸力的場矩陣，在建立柔性接頭和非標準立管段的傳遞矩陣時既考慮質量又考慮轉動慣量和尺寸并忽略變形，具有比現有的解析法和傳遞矩陣法計算精度更高、比有限元方法更簡單的優點。

技術領域

本發明屬于鉆井技術領域，尤其涉及一種鉆井隔水管的固有頻率計算方法。

背景技術

鉆井隔水管是海洋深水鉆井的泥漿循環系統，為了緩解由于浮式平臺運動引起的受力和變形和保持泥漿的循環壓力和速度，鉆井隔水管上配備了伸縮接頭、填充閥、分流器和柔性接頭等非標準立管段。

目前，計算鉆井隔水管固有頻率主要采用考慮軸向力影響的均質等截面梁固有頻率計算公式或有限元方法來計算，均值等截面梁的固有頻率計算公式(1)不能考慮軸力沿梁長的變化。而有限元方法則需要編制有++限元程序或采用商用軟件計算，不便于操作，因此，在結構的初設階段，技術人員通常采用公式(1)進行計算，從而對鉆井隔水管的固有頻率作出大概的估計。

式中：m——梁單位長度的質量；

EI——梁的截面抗彎剛度；

T——梁的軸力；

L——梁長。

現有的傳遞矩陣法采用公式(2)的單元傳遞矩陣，不僅不能考慮軸力的影響，而且不能考慮鉆井隔水管的柔性接頭和非標準立管段的影響。因此，不適用與鉆井隔水管固有頻率計算。

由于重力和浮力的影響，鉆井隔水管的張力沿水深是變化的。目前計算固有頻率的解析法是作為常數來處理，傳遞矩陣法則忽略張力。柔性接頭的抗彎剛度遠遠小于鉆井隔水管中的其它構件，因此，對結構的整體剛度有較大的影響，在柔性接頭處，轉角變形是不連續的，即曲率不連續。對于安裝在端部的柔性接頭，目前主要采用鉸支座來模擬，而對于安裝在中部的柔性接頭(包括分流器柔性接頭)，則忽略其影響。鉆井隔水管除了標準立管段外，還連接了一些非結構的工藝構件，如填充閥、分流器和伸縮接頭等。這些構件的質量和剛度均遠遠大于標準立管段，且具有一定的長度。目前計算固有頻率時是按標準立管段計算的，因此，計算結果的準確性很差。綜上所述，現有技術并不能考慮鉆井隔水管張力的變化對固有頻率的影響，也不能考慮柔性接頭盒非標準立管段對固有頻率的影響。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種既可以解決變張力梁式結構的固有頻率計算問題、又可以解決傳遞矩陣法計算鉆井隔水管的柔性接頭模擬問題和非標準立管段模擬問題的固有頻率計算方法。

本發明為實現上述目的采用的技術方案是：一種鉆井隔水管的固有頻率計算方法，計算步驟如下：

采用梁的復雜彎曲撓曲線方程：

來構造標準立管段單元的場矩陣：

式中：y^L–標準立管段單元左端的撓度；

θ^L–標準立管段單元左端的轉角；

M^L–標準立管段單元左端的彎矩；

N^L–標準立管段單元左端的剪力；

l_i-第i個標準立管段單元長度；

其中，T為標準立管段單元的張力，EI為標準立管段單元的截面抗彎剛度；