石油工程管柱力學(xué)

內(nèi)容概要

　　《石油工程管柱力學(xué)》以油氣井管柱為討論對(duì)象，以力學(xué)分析為主線，較為系統(tǒng)地介紹了石油工程管柱力學(xué)的主要內(nèi)容和發(fā)展概況。全書共分為9章，主要包括油氣井管柱力學(xué)發(fā)展概述、管柱的服役條件和失效分析、管柱運(yùn)動(dòng)與受力分析、管柱靜力學(xué)中的縱橫彎曲梁法和能量法、摩阻／扭矩模型、管柱振動(dòng)分析、海洋隔水管力學(xué)以及管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核等。
　　《石油工程管柱力學(xué)》可作為普通高等院校石油工程專業(yè)本科生教學(xué)用書或參考書，也可供相關(guān)專業(yè)研究生和科技人員參考。

書籍目錄

第一章 油氣井管柱概述
　§1.1 油氣井管柱的功能與組成
　§1.2 油氣井管柱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)述
　§1.3 石油管柱力學(xué)的研究方法
　§1.4 石油管柱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)
　§1.5 石油管柱力學(xué)面臨的問題與挑戰(zhàn)
　§1.6 油氣井管柱力學(xué)的應(yīng)用
　作業(yè)與思考題
第二章 油氣井管柱的服役條件和失效模式
　§2.1 管柱的服役條件
　§2.2 管柱的主要失效模式
　作業(yè)與思考題
第三章 油氣井管柱單元運(yùn)動(dòng)與受力分析
　§3.1 管柱的運(yùn)動(dòng)分析
　§3.2 管柱受力分析
　§3.3 管柱穩(wěn)定性分析
　作業(yè)及思考題
第四章 底部鉆具組合縱橫彎曲分析
　§4.1 井斜控制理論概述
　§4.2 底部鉆具組合縱橫彎曲力學(xué)模型
　§4.3 縱橫彎曲簡(jiǎn)支梁的彈性穩(wěn)定問題
　§4.4 縱橫彎曲連續(xù)梁三彎矩方程的建立
　§4.5 縱橫彎曲連續(xù)梁法特殊問題的處理
　§4.6 底部鉆具組合縱橫彎曲連續(xù)梁法的求解
　作業(yè)及思考題
第五章 管柱力學(xué)能量法分析
　§5.1 引言
　§5.2 能量法在一般靜力分析中的應(yīng)用
　§5.3 能量法分析
　作業(yè)及思考題
第六章 鉆柱摩阻和扭矩計(jì)算模型
　§6.1 概述
　§6.2 鉆柱整體受力模型的求解
　§6.3 油井管柱穩(wěn)定性判別及屈曲后附加力的計(jì)算
　作業(yè)及思考題
第七章 油氣井管柱振動(dòng)分析
　§7.1 單自由度系統(tǒng)管柱的振動(dòng)
　§7.2 管柱的縱向振動(dòng)
　§7.3 管柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
　§7.4 管柱的橫向振動(dòng)
　作業(yè)及思考題
第八章 海洋隔水管動(dòng)力學(xué)分析
　§8.1 概述
　§8.2 波流聯(lián)合作用下隔水管動(dòng)力學(xué)方程
　§8.3 海洋鉆井隔水管動(dòng)力響應(yīng)分析
　作業(yè)及思考題
第九章 油氣井管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核
　§9.1 概述
　§9.2 管柱強(qiáng)度的設(shè)計(jì)與校核
　作業(yè)及思考題
　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   8.1.3 隔水管力學(xué)問題基本描述 大體上講，隔水管系統(tǒng)受到海流力與海浪力作用產(chǎn)生的橫向載荷，以及受自重與海水浮力作用下縱向載荷的聯(lián)合作用。隔水管受力和鉆柱受力有相似性，主要區(qū)別隔水管不承受軸向扭矩的作用。因此，針對(duì)隔水管的受力情況，可以近似視為縱橫彎曲梁?jiǎn)栴}，但隔水管柱受到的橫向載荷為動(dòng)載荷，會(huì)使隔水管柱發(fā)生振動(dòng)。 對(duì)于一個(gè)確定系統(tǒng)（不論它是常參數(shù)系統(tǒng)還是變參數(shù)系統(tǒng)），在受到確定激勵(lì)作用時(shí)，其響應(yīng)也是確定的，這類振動(dòng)稱為確定性振動(dòng)。對(duì)于確定系統(tǒng)，在受到隨機(jī)激勵(lì)作用時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)是隨機(jī)的，這類振動(dòng)稱為隨機(jī)振動(dòng)，隨機(jī)振動(dòng)只能用概率統(tǒng)計(jì)的方法描述。對(duì)于隨機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來說，無論是受到確定激勵(lì)還是隨機(jī)激勵(lì)的作用，其響應(yīng)均為隨機(jī)的，這類振動(dòng)稱為隨機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)振動(dòng)。 隔水管在海流力和海浪力共同作用下，發(fā)生的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)振動(dòng)或者強(qiáng)迫振動(dòng)。隔水管動(dòng)力學(xué)分析的基本方法有靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析兩種，而動(dòng)態(tài)分析又可以分為時(shí)域分析和頻域分析。也有將隔水管動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法分為三種：時(shí)域規(guī)則波分析（時(shí)域確定性分析）、時(shí)域不規(guī)則波分析（時(shí)域隨機(jī)振動(dòng)分析）和頻域分析。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，許多科學(xué)家進(jìn)行了大量的工作，例如，B.G.Burke建立了隔水管的分析模型，A.Ertas和T.J.Kozik概述了建立隔水管模型的原理和方法，M.F.Zedan和A.Mangiconachi研究了在渦流作用下隔水管的響應(yīng)。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)隔水管動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究較多，涉及把風(fēng)浪流條件轉(zhuǎn)化為浮體運(yùn)動(dòng)的預(yù)報(bào)，還要綜合考慮水深、主管及其構(gòu)件的維數(shù)、合適的邊界條件等。不少研究者已對(duì)主管的靜態(tài)性能作了分析，在垂直面內(nèi)求出主管的最大響應(yīng)，而并不考慮波浪、平臺(tái)駁船運(yùn)動(dòng)及系統(tǒng)慣性等隨時(shí)間變化的因素，僅在一個(gè)合適的周期內(nèi)，計(jì)算出臨界參數(shù)的最大值，Bathe等人（1974）用了有限差分公式計(jì)算，Gosse（1969）采用有限單元法計(jì)算，Burke（1973）采用四階Runge—kutta直接積分法，Jones（1975）采用了假設(shè)主管為彈性懸鏈變形的形狀，F(xiàn)isher與Ladwig（1966）采用了冪級(jí)數(shù)分析方法等。 實(shí)際上，海水與隔水管之間的相對(duì)流速、流體和隔水管的加速度，以及水面平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)對(duì)隔水管彎曲應(yīng)力分析都是很重要的因素（參見圖8—3）。由于波浪和海流的非定向性，隔水管可能在多個(gè)垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，因而對(duì)它的動(dòng)力分析向人們提出了大量具有挑戰(zhàn)性的問題。主要涉及到隔水管峰值張力、彎曲應(yīng)力，以及端部?jī)A角、響應(yīng)模態(tài)的確定等。Krolikowski與Gay（1980），Young等（1977）進(jìn)行了頻域求解，TuckerandMurtha（1973）進(jìn)行了非確定性隨機(jī)振動(dòng)分析，前一種方法由于對(duì)波浪譜的次要變化過于敏感，而后一種方法由于難以計(jì)入水面平臺(tái)或駁船的運(yùn)動(dòng)以及非線性化形式阻力，都使應(yīng)用受到限制。

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