[发明专利]一种槽钢结构桅杆式钻塔的动态特性分析方法

摘要

本发明涉及一种槽钢结构桅杆式钻塔的动态特性分析方法，包括运用模态实验验证模态仿真分析方法的可靠性；对不同型号槽钢作自由模态分析，得到模态振型及模态频率的变化特性的函数关系；提出各种设计形式的桅杆式钻塔模态频率的通用计算式；通过选择槽钢的尺寸和桅杆式钻塔的装配尺寸得到最优的桅杆式钻塔结构形式。本发明也能够通过测量已有桅杆式钻塔结构的尺寸，运用本发明的分析方法计算该结构的模态频率，从而分析该已有钻塔所适用的工况条件。本方法适用于根据给出工况条件要求，设计最优化的桅杆式钻塔；或根据现有的桅杆式钻塔的结构尺寸分析该钻塔适配的工况条件。

主权项

1.一种槽钢结构桅杆式钻塔的动态特性分析方法，其特征在于，按如下步骤操作：步骤一：运用模态实验来验证模态仿真分析方法的可靠性；(1)、以一个槽钢结构为试件进行模态实验，对其进行实验模态分析，进一步对模态实验数据进行分析，得到本次试验结构的模态频率；(2)、运用三维建模软件对该槽钢结构进行三维实体建模，然后导入到模态分析软件中，附加对应的材料属性，设置与模态实验相同的约束条件，然后进行模态仿真分析，得到本次仿真结构的模态频率；(3)、对模态实验和模态仿真两种方法的结果进行误差分析，若两种模态分析结果的误差在10％以内，则验证模态实验和模态仿真的结果是正确可靠的；步骤二：选择不同型号槽钢进行自由模态分析，通过数据分析，得到了各种型号槽钢的模态振型随槽钢截面的宽高比改变的变化特性，及模态频率与槽钢截面的宽高比的函数关系式；①、从国标所规定的5～40号槽钢的型号中，均匀选取N种型号的槽钢，运用三维建模软件建立所选取的槽钢的模型；长度都取为相同，分别对所选取的各个型号槽钢进行自由模态仿真分析，得到所述N种型号槽钢的模态频率和模态振型；②、取前5阶模态参数，对N种型号槽钢的振型进行分析，将同一种模态振型所对应的模态频率和阶次进行归类；③、对归类后的数据进行分析，对各种型号槽钢的模态振型随槽钢截面的宽高比改变的变化特性进行了归纳，得到了模态频率与槽钢截面的宽高比的函数关系式；步骤三：提出各种设计形式的桅杆式钻塔的模态频率的通用计算方法；i、桅杆式钻塔的主体结构由两根同型号的槽钢构成，槽钢型号和装配距离决定了钻塔结构的尺寸，钻塔的主体结构采用不同的槽钢型号和装配距离进行组合，得到多种结构形式的桅杆式钻塔；ii、通过对所构成的多种不同的槽钢型号和装配距离组合结构形式的钻塔做了模态仿真分析，得到各种形式钻塔的各阶模态频率，其中以槽钢截面宽高比为变量代替槽钢型号，通过数据分析，得到了塔架结构的各阶模态频率随距离和槽钢截面宽高比的函数关系。