基于Solidworks的钻机底座有限元分析

    钻机底座是钻井工程的关键装备，是大型的金属钢结构件，组件多，受力复杂，而且工作环境一般比较恶劣，对其进行强度、可靠性、疲劳分析是十分必要的，因此底座设计计算一直备受世界石油装备领域的关注。本文以5000m钻机底座为例，运用建立底座实体模型，导入ANSYS Workbench，按照API规定的工况进行分析，完成底座的强度校核。

1 钻机底座模型建立

    在工程计算中，ANSYS可以进行精确计算，建模一般是将钻机井架和底座简化为梁和线单元，这种建模完全简化底座结构特点，网格简单，对于大规模的空间钢架结构的钻机底座而言，ANSYS建模不科学，大量的关键点的建立，由低到高的建模过程，随时都会出现错误，增加建模的难度。

    本文以建模，建立底座的实体模型，依据底座实际底座的要求，去掉次要承载元件：在模型特征中删除螺纹、尖角倒角等对模型影响不大的特征，如果是装配体载人ANSYS，再导入之前需要做干涉检查，保证各零部件之间不存在干涉现象，分析更真实的反应各元件受力情况。图1为在中建立的5000m钻机底座实体模型。

图1 底座实体模型

2 的模型导入ANSYS Workbench

    本文以13.0和ANSYS Workbench14.5研究数据之间转化。ANSYS Workbench是ANSYS公司开发的新一代协同仿真环境，包括CAE建模工具DM，分析工具DS，优化模块DX；并能与其它CAD软件无缝共享模型和数据，能够实现不同来源CAD数据的装配和参数化管理，CAD模型导入成功率高，减少出错率缩短设计和分析流程。13.0和ANSYS Workbench14.5间无缝链接如图2所示。

    操作步骤：在13.0中建立好的模型如图1所示：ANSYS Workbench 14.5-选择Analysis System-Import Geometry就可以把模型完整的导入到ANSYS Workbench中，在的模型导入ANSYS中的单位要一致，在ANSYS中分析中输入密度为7850kg·m，弹性模量为2.1×10¹¹MPa，泊松比为0.3，重力加速度为9.8m/s²。

图2 13.0和ANSYS Workbench14.5链接

3 钻机底座静力分析

    3.1 工况分析

    钻机底座在运输过程中，会拆分成小的零件，然后在钻井施工现场进行组装和调试。钻机井架与底座在运移、安装、起升及钻井操作过程中承受很多种载荷作用，承受的载荷在一定程度上具有不确定性，且在钻井过程中，会受到钻杆的力的作用，由于井下的环境复杂，各种作用力难以预测，只有设置出合理的载荷，且合理的分配这些载荷，才能真实的反应钻机底座是否安全。根据现场调研及有关文献，钻机井架底座所承受的载荷主要包括：转盘最大载荷、额定立根载荷、满立根+风载荷、卡钻载荷。这4种钻机底座所受到的载荷，是对钻机底座影响最大的因素，是判断底座能否正常工作的前提。只有确定了钻机底座的工况分析，才能更加深入的了解底座，以便在后续设计中提高底座强度。各工况载荷如下：