基于C语言的钻柱有限元单元刚度矩阵计算
2010年 第 39卷 石 油 矿 场 机 械
第 3期 第 36页 OIL FIELD EQUIPMENT
文章 编 号 :1001—3482(2010)03—0036-04
基于 C语言的钻柱有限元单元刚度矩阵计算
秦 伟
(中国石油大学 (华东)机 电工程学院,山东 东营 257061)
摘要 :单元刚度矩阵的建立是有限元分析 中的一个重要步骤。就实际钻柱受力与变形分析 中出现
的 2O节点六面体单元进行研 究,给出了计算单元刚度矩阵的方法和步骤,并运用C语言编写 了相
应程序 ,为解决大型三维有限元 问题提供 了较好的思路 。
关键词 :钻柱;单元刚度矩阵;有 限元 ;20节点;C语言
中图分类号 :TE921.2 文献标识码 :A
CalculationofElementStiffnessM atrixaboutFEA ofDrill
StringUsingC Programm ingLanguage
QIN Wei
(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ChinaUniversityoJPetroleum,Dongying257061,China)
Abstract:ThecalculationofelementstiffnessmatrixisanimportantstepofFiniteElementanaly—
sis.A studywasmadeon 2O—Nodeand 6-Sideelementwhich appearedon actualanalysisofde—
formationand stressofdrillstringandputonthedetailedmethodsandproceduresofthecalcula—
tionofelementstiffnessmatrix.Moreover,thecorrespondingproceduresusingC Programming
Languagewasprepared.Allprovideabetterideaforthesettlementoflarge—scalethree—dimen—
sionalfiniteelement.
Keywords:drillstring;elementstiffnessmatrix;finiteelementanalysis;20一node;C programming
language
有限元法是一种求解复杂工程结构非常有效的
1 问题 的提出
数值方法 ,是将所研究的工程系统转化成一个结构
近似的有限元系统,该有限元系统 由节点及单元组 钻柱是石油钻井设备的主要组成部分 ,其主要
合而成 ,以取代原有的工程系统口]。有限元系统可 功能是将井 口处的动力传递到井底处的钻头以破碎
以转化成一个数学模式,并根据该数学模式 ,进而得 岩石 ,并通过钻井液将岩屑带到地面 。钻柱受到井
到该有限元系统 的解答 ,并通过节点、单元表现 出 壁 的限制,承受 自重和井 口处的大钩载荷、扭矩及井
来 。单元刚度矩阵是有 限元分析中的第 1步 ,也是 底钻头处岩石的反作用力等 。采用 20节点六面体
后面形成总体刚度矩阵和有 限元方程组求解 的基 单元对钻柱的受力和变形进行有限元分析_3_8]。
础 [2],但是 目前 尚无 20节点六面体单元刚度矩 阵的 1.1 钻柱受力复杂
相关文献 。 在钻进过程中,钻柱除了承受上述作用力外 ,还
收稿 日期 :2009—09—0