基于振动参数的钻井井架安全承载力评定

通过井架结构振动理论、有限元分析和实验室简易模型的试验研究，提出了以振动频率为基准，载荷下降系数为依据诊断钻井井架结构安全承载能力的方法。根据井架的具体结构形式和受力特征，将井架简化成一根沿长度上质量均匀分布、刚度恒定的简支梁，用振动理论推导出了井架固有频率的平方与作用载荷之间存在着线性关系，并通过有限元分析对这一关系进行了验证；提出了通过测试井架在两种不同栽荷作用下的固有频率推算井架临界承载并以此评定井架安全承载能力的方法；在实验室内制作了与A型井架相类似的模型，进行了逐级载荷下的固有频率测试，分析总结出适用于井架现场评定的具体方法，最后应用此方法对现场在役井架进行了测试与安全承载能力评定。该评定方法为井架测试、安全评定提供了一个新的发展方向，对保证钻井安全将起到重要的作用。     

含损伤缺陷的大型钢结构架极限承载预测方法研究

为了能够准确预报出大型钢结构架的极限承载，提高大型承载钢结构架的安全性，提出基于双重非线性理论和测试应力为基准的大型钢结构架极限承载预测方法。推导出以测试应力为参考真实反映钢结构架损伤缺陷的修正模型，实现了对大型钢结构架极限承载的预测。以实验室大型钢结构架模型为例，进行了极限承载实验研究，模型压溃实验所得数据与理论预测值进行了对比，比较结果十分接近，验证了该方法的正确性。     

扭振信号拓扑网络的轧机动态扭矩测量

为解决实际测试中轧机传动系统关键点处动态扭矩不易同时测量的难题，提出一种扭振信号拓扑网络的轧机动态扭矩测量方法。通过把扭振计算的力矩和转角位移看作系统的输入输出信号，依据拓扑思想，建立信号之间的扭振信号拓扑网络模型。把有限实测点的测试数据代入扭振信号拓扑网络模型，可获得传动系统中其它关键点处的扭振参数值。轧机实际现场扭矩测试和数据分析处理结果验证了理论推导的正确性。这为轧机现场监测中不易同时布置传感器且非同轴的关键测点的振动参量获取提供了有效方法。通过编制程序可以实现轧机扭振在线监测和故障分析，从而保证轧机正常平稳运行。     

激光双截面转速波动法监测转轴动态扭矩

基于激光多普勒效应和转动动力学原理,提出一种直接监测转轴动态扭矩的新方法,并建立了数学模型。通过构造光学测试系统使4束高相干激光投射到转轴轴段两截面上4点,具有多普勒频移的反射光在光电探测器上发生混频,光电流频差正比于角速度。测得相邻时刻两截面的瞬时转速,得到轴段转速波动值及两端面相对转速波动值,进而实现转轴动态扭矩的直接监测。实验验证了该方法的可行性。与传统方法相比,该方法实时性强,具有较宽的动态范围,对动态扭矩的识别值提高了5%~10%,反映了转轴扭矩波动的动态特性。     

基于神经网络-模糊PID的轧机非线性扭振智能控制

针对轧机传动系统扭振控制问题,建立含间隙非线性的轧机系统动力学模型。考虑到轧机扭振模型的非线性和参数不易测量的特点,提出神经网络和模糊PID相结合的控制器设计方法,以模糊PID为主体,通过引入神经网络改变模糊隶属度函数的中心值和宽度,最终得到最佳PID参数。设计神经网络-模糊PID智能控制器,并利用实际轧机参数与经典双闭环控制系统进行对比仿真。仿真结果表明所设计的智能控制系统对轧机传动系统扭振的抑制作用明显优于经典双闭环控制系统。     

井架模型极限载荷试验

为了研究井架承载至破坏整个过程,利用相似模型进行井架试验是非常必要的。应用相似理论制作了1∶13.3的JJ315/43—A型井架相似模型,在该模型上进行了井架安全承载试验与井架压溃破坏试验。由井架安全承载试验结果可知:井架上段为受力较大部位;井架立柱测试应力与大钩作用载荷呈线性关系。井架压溃试验发现:井架破坏发生在井架上段;实测井架模型大钩极限载荷为19.0kN,与双重非线性有限元分析计算结果基本一致,其相对误差在5.0%以内,证明以这种方法预测井架原型极限载荷是可行的。     

一种改进的自适应多元变分模态分解轴承故障信号特征提取方法

针对实际工程中轴承信号的非线性和非平稳性,提出一种自适应多元变分模态分解算法。多元变分模态的分解效果主要与本征模态数k和惩罚参数α相关,为了解决人为经验参数设置对多元信号分解结果的影响,一种自适应的信号分解算法被提出。具体内容如下:首先将混合灰狼算法与多元变分模态分解算法相结合,提出最小模态重叠分量指标,将其作为适应度函数来寻求(k, α)的最优解,按照最优解对多元信号进行分解,提取故障特征。采用仿真信号和实际数据来验证所提方法的有效性和准确性,通过与多元经验模态分解、级联变分模态分解的对比分析,验证该算法在滚动轴承故障特征提取方面的高效性和实用性。     

基于HVD包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别

针对复杂工作环境下井架钢结构损伤识别问题,提出了一种基于希尔伯特振动分解(HVD)包络谱瞬态能量曲率的井架钢结构损伤识别方法。已知非平稳、非线性的复杂信号,利用结构低阶信息,利用HVD法将其分解为拥有缓慢变化多个信号分量之和,选取主分量提取信号特征;对于井架钢结构损伤识别,利用HVD法提取振动信号的损伤特征,将HVD包络谱瞬态能量曲率作为损伤敏感指标;计算井架钢结构振动信号包络谱瞬态能量曲率完成损伤识别,以ZJ70井架钢结构为例,通过损伤识别仿真计算,得出该指标对井架钢结构损伤敏感,能够准确识别单损伤和多损伤位置;将该方法应用于ZJ70井架钢结构实验模型,成功地识别了单损伤和两损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

时滞反馈非线性扭振系统的稳定性与Hopf分岔研究

研究了具有Duffing-Vanderpol组合振子和时滞特性两惯量非线性扭振系统的稳定性和Hopf分岔问题。建立了两惯量非线性扭振系统的动力学方程,通过设计线性位移和速度时滞反馈控制器构造了扭振受控系统。采用多尺度法推导出极限环幅值与时滞参数之间的关系。在对系统零解稳定性分析的基础上,得出Hopf分岔产生的条件。通过数值模拟的方法研究了扭振系统Hopf分岔和极限环幅值控制问题。仿真研究表明,所设计的时滞反馈控制器既能控制极限环的幅值,也能控制Hopf分岔的产生。     

基于时变可靠度和疲劳效应的井架钢结构剩余寿命分析

为准确预测在役井架钢结构剩余服役年限的长短,建立了基于时变可靠度和疲劳效应的剩余寿命预测理论。推导了杆件等效截面积与损伤缺陷随时间变化的函数关系,建立了井架钢结构抗力时变模型;编制了井架钢结构的疲劳载荷谱,并应用S-N曲线法及雨流计数原理等相关理论,建立了基于疲劳效应的寿命预测理论。对JJ220/42-K型井架钢结构进行了剩余寿命预测,结果表明,综合考虑腐蚀与初弯曲影响时的寿命明显低于仅考虑腐蚀时的寿命,说明局部损伤对寿命影响较大;结构的可靠度寿命明显低于疲劳寿命。