桁架結(jié)構(gòu)幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)在石油井架設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

摘要：在現(xiàn)實(shí)生活中，類似石油井架的一些桁架結(jié)構(gòu)形式較多，而在進(jìn)行該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，還需使用幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，才能獲得更為精確的設(shè)計(jì)結(jié)果。文章在對桁架結(jié)構(gòu)幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)問題展開分析的基礎(chǔ)上，在石油井架設(shè)計(jì)中進(jìn)行了該種設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：桁架結(jié)構(gòu)；幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)；石油井架設(shè)計(jì)；有限元靜力分析 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TE922 文章編號：1009-2374（2016）17-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.201617.004

作為石油鉆采機(jī)械的重要組成部分，石油井架的設(shè)計(jì)得到了石油行業(yè)的重視。但就目前來看，使用線性穩(wěn)定分析和有限元靜力分析方法進(jìn)行井架的設(shè)計(jì)，將無法滿足所有井架的應(yīng)用需求。因此，還需要在石油井架設(shè)計(jì)中進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，從而更好地滿足石油工業(yè)的發(fā)展需要。

1 幾何非線性分析的概念

在工程設(shè)計(jì)過程中，通常使用的理論都是線彈性理論，比如幾何方程、平衡方程和物理方程等。但是一些實(shí)際工程并不能保持上述線性關(guān)系，所以就無法使用線彈性方程進(jìn)行工程力學(xué)關(guān)系的描述。例如，工程結(jié)構(gòu)形狀的不連續(xù)變化、在外載荷作用下出現(xiàn)的工程結(jié)構(gòu)局部材料進(jìn)入塑性、鋼架結(jié)構(gòu)大變形和高溫下的結(jié)構(gòu)蠕變，都屬于需要利用非線性理論描述的問題。而在工程結(jié)構(gòu)的非線性分析中，又可以劃分成幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)非線性。所謂的幾何非線性，其實(shí)就是其應(yīng)變位移是非線性的。比如，工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和小應(yīng)變問題，就屬于幾何非線性問題。……