[發明專利]半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法

有效

• 申請號: 201811583655.0
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109446742B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 吳恒;彭勇;閆文輝;邵軍
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;E21B19/14;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在三維設計軟件建立三維實體模型；

步驟二：將三維實體模型導入到ADAMS軟件中；具體為：

將三維實體模型導入到ADAMS軟件中，設置好量綱，調整模型的位置，角度，給各個構件設置名稱、材料參數，外觀顏色；建立能夠模擬半潛式鉆井平臺在海浪作用下產生運動的模擬平臺，在慣性坐標系中，在風浪影響下，深水半潛式鉆井平臺能發生的運動包括繞x，y，z三個坐標軸的橫搖、首搖、縱搖的轉動自由度和沿x，y，z三個坐標軸縱蕩、垂蕩、橫蕩的平移自由度，以及幾種運動的組合；為了模擬這幾種運動，分別在平臺底部建立運動構件與運動副，用于模擬在海浪影響下平臺的響應，由于首搖運動較小，影響很少，不做此運動模擬，方法如下：

在縱搖基座(1)和橫搖構件(2)之間建立了縱搖轉動副(13),并且在該轉動副上建立轉動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的橫搖；

在橫搖構件(2)和垂蕩構件(3)之間建立了橫搖轉動副(14),并且在該轉動副上建立轉動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的縱搖；

在垂蕩構件(3)和縱蕩橫蕩構件(4)之間建立了垂蕩移動副(10)，并且在該上建立移動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的垂蕩運動；

在縱蕩橫蕩構件(4)和固定基座(5)之間建立了縱蕩移動副(8)，并且在該移動上建立移動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的縱蕩運動；

同時在縱蕩橫蕩構件(4)和固定基座(5)之間建立了橫蕩移動副(15)，并且在該移動副上建立移動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的橫蕩運動；

同時在以上構件之間分別建立了固定副a(6)，固定副b(7)，固定副c(9)，固定副d(11)，固定副e(12)，當不需要考慮海浪影響時，設定以上固定副處于激活狀態，以上的其余運動副和驅動全部設定失效；當需要模擬其中一種或幾種工況時，先將相對應構件之間的固定副設定失效，然后將對應的運動副和驅動激活使其處于激活狀態，便分別可以模擬在海浪作用下平臺的橫搖，縱搖，垂蕩，縱蕩，橫蕩幾種工況中的一種或根據實際情況下幾種工況的疊加；

步驟三：在ADAMS軟件中建立多剛體動力學仿真模型，添加相鄰構件之間的運動副約束和驅動約束，根據實際驅動類型、位置需求，在相應的運動副上添加驅動約束，并根據實際工作參數設置各驅動約束的運動函數；

所述的步驟三中添加相鄰構件之間的運動副約束和驅動約束，具體如下：

在抓管機中添加運動副如下：在立柱與旋轉支架間、旋轉支架與主臂間、主臂與折臂間、旋轉支架與主臂液缸筒間、主臂與主臂液缸桿間、主臂與折臂液缸筒間、折臂與折臂液缸桿間分別添加轉動副；在主臂與主臂液缸桿間、主臂與折臂液缸筒間分別添加移動副；

在抓管機中添加驅動約束如下：在立柱與旋轉支架間的轉動副上添加轉動驅動，并按實際工況設置角位移驅動函數；在主臂與主臂液缸桿間、主臂與折臂液缸筒間的移動副上分別添加位移驅動，并按實際工況設置位移驅動函數；在構件關鍵位置建立局部坐標MARKER，根據實際工況在相應的構件的MARKER點上添加載荷類型，設置載荷的方向，載荷函數；

對于所要分析構件的MARKER點添加測量函數，以在仿真過程中測量該點的運動參數或力學參數，運動參數包括位移、速度、加速度，力學參數包括力、力矩，完成多剛體仿真模型的建立，作為多柔體模型建立的基礎，建立的抓管機多剛體仿真模型；

步驟四：在ADAMS軟件中建立多柔體動力學仿真模型；具體如下：

(1)分別將多剛體模型里面的構件生成MNF模態文件；

對于以上機構中需要轉化為柔體的構件，分別在三維實體建模軟件中將該構件的三維實體模型另存為SAT格式；

將以上文件導入到有限元分析軟件，調整好模型比例，設置材料彈性模量、密度、網格劃分類型；

進行有限元網格劃分，劃分完成好后將網格劃分后的模型轉化為MNF格式文件；

(2)在ADAMS中導入MNF文件，將該柔體構件調整方向、位置，與需要替換的剛體構件完全重合，將原剛體構件實效，在柔體構件與其相連接的構件處建立無質量的虛構件，并與柔體構件固定，在該虛擬構件與相連接的構件之間添加和多剛體模型相同的運動副約束和驅動約束；并按照實際抓管機起吊載荷在折臂末端加載垂直方向工作載荷，加載方法同多剛體模型，完成多柔體模型建立；

步驟五：風載荷加載；

步驟六：進行多剛體、柔體動力學仿真并獲取相應的輸出數據與曲線；通過ADAMS后處理模塊，獲取相應的輸出數據與曲線，為對比多剛體與多柔體仿真模型，在多柔體模型動力學仿真之后，將各柔體構件進行失效，恢復原來位置的剛體構件，對多剛體構件進行仿真，進行多柔體和多剛體模型仿真的分析比較。

2.根據權利要求1所述的半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法，其特征在于，所述的步驟五具體為：

風壓用ω表示；風壓ω與風速v有關，根據流體力學中的伯努利方程計算得到風壓ω：

式中：ω——單位面積上的風壓，kN/m²；ρ——空氣密度，t/m³；γ——空氣單位體積重力，kN/m³；g——重力加速度，m/s²；v——風速，m/s；

根據工作風速，代入上式可以求得風壓；在多剛體和多柔體的主要受風載構件上，通過風壓和構件迎風面積的乘積計算出該構件的總受風載荷，再在構件上均布建立多個標記MARKER點，在每個MARKER點上按照風載方向，等效加載均分載荷，以等效該構件所受總風載。