检索结果-南通市图书馆

作者：宋文煜中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,随着岩土钻凿工程的快速发展,凿岩冲击问题引起了大量学者的关注。潜孔锤钻进以其自身的优势在钻探行业的地位越来越高,因此对潜孔锤钻进系统的研究非常必要。针对潜孔锤钻的研究,由于其受力较为复杂,振动形式多变,有很大的难度... 详细信息

近年来,随着岩土钻凿工程的快速发展,凿岩冲击问题引起了大量学者的关注。潜孔锤钻进以其自身的优势在钻探行业的地位越来越高,因此对潜孔锤钻进系统的研究非常必要。针对潜孔锤钻的研究,由于其受力较为复杂,振动形式多变,有很大的难度。本文以潜孔锤钻柱为研究对象,针对在工程中较为常见、危害较大的纵向、横向、扭转和耦合振动,基于区域分解法分别建立振动方程,并分析了其振动规律。具体研究内容如下:一、以潜孔锤钻柱纵向振动为例,通过施加正弦半波、方波、三角波三种形式的冲击力,分析了不同特征的周期脉冲冲击力对潜孔锤凿岩系统振动响应的影响。结果显示当冲量相等时,不同特征的周期冲击力对钻柱的稳态振动响应的影响可以忽略。二、采用基于广义变分原理的区域分解法,分别建立了潜孔锤单自纵向振动、横向振动和扭转振动的能量泛函,推导得到钻柱动力学方程,并利用Matlab编程求解。在此基础上,分析了分区数目、多项式位移截取阶数等区域分解法参数和钻柱长度、局部变截面对钻柱模态频率的影响。结果显示分区数目和截取阶数提高,可以获得更高阶次的模态频率精确解,但是计算时间会明显增加,因此需选择合适的参数。钻柱模态频率随钻柱长度的增加降低,而受钻柱局部截面变化的影响较小。三、采用区域分解法,建立了潜孔锤钻柱耦合振动的能量泛函,进一步得到钻柱动力学方程并进行求解。研究了长度、壁厚对潜孔锤钻柱模态频率的影响和载荷的形式、求解方法和结构阻尼对钻柱模态分析的影响。结果显示随着钻柱厚度的增大,钻柱模态频率增加,其对低阶模态影响更为显著。结构阻尼会明显影响钻柱高阶的模态频率。通过上述的研究,进一步了解潜孔锤钻进过程中钻柱的振动规律,对潜孔锤和其他形式钻进的工程实际和钻柱系统的设计优化有很大的参考价值。而区域分解法在潜孔锤钻柱系统振动研究中的成功运用,也为钻柱动力学的研究提供了一种新的思路和方法。

关键词：潜孔锤钻柱区域分解法纵向振动横向振动耦合振动

基于梁理论与区域分解法的潜孔锤钻柱动力学研究

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基于梁理论与区域分解法的潜孔锤钻柱动力学研究

作者：钟志平中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

随着国家的不断发展,基础设施建设与地下资源的开采要求设备能够适应复杂的施工环境,拥有更快的钻进速度,更好的安全保障,对钻探工程的发展提出了新的要求。钻柱动力学属于最具挑战性的问题之一,多年来一直是深入研究的课题。本文基于... 详细信息

随着国家的不断发展,基础设施建设与地下资源的开采要求设备能够适应复杂的施工环境,拥有更快的钻进速度,更好的安全保障,对钻探工程的发展提出了新的要求。钻柱动力学属于最具挑战性的问题之一,多年来一直是深入研究的课题。本文基于区域分解法建立三维梁理论耦合振动能量泛函,探讨了使用三维梁理论能量泛函对钻柱问题的适用条件问题,具体研究内容如下:一、从平面梁理论出发,对比了Euler-Bernoulli梁理论和Timoshenko梁理论的区别与联系。采用位移叠加法,推导得到考虑回转运动的三维Euler-Bernoulli梁理论和三维Timoshenko梁理论能量泛函,并基于区域分解法,建立了两种梁的离散动力学方程。可进行不同边界条件下模型的模态分析,稳态和瞬态动力学分析。二、针对钻柱一类的细长杆结构应采用哪种三维梁理论求解,进行了基于区域分解法的动力学分析。分析了不同厚径比h/R与细长比L/R结构参数下,两种三维梁理论计算结果与Abaqus采用B31单元计算结果相比的误差。结果发现:当L/R>2000,h/R>0.2时,采用三维Euler-Bernoulli梁理论进行分析,能够在保证计算精度的同时,减少整体的计算量,提高计算效率,三、基于区域分解法与三维Euler-Bernoulli梁理论,建立了复杂边界的潜孔锤钻柱耦合振动模型,得到潜孔钻柱耦合振动离散动力学方程。以直径?165mm球齿钻头与长度L=100m直径为?88.9mm的钻柱系统为研究对象,在特定工况下,受周期冲击载荷作用下,求解了钻柱纵向与扭转振动响应。

关键词：潜孔锤钻柱区域分解法耦合振动 Euler-Bernoulli梁理论

基于区域分解法的潜孔锤无屈曲钻柱扭转振动研究

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基于区域分解法的潜孔锤无屈曲钻柱扭转振动研究

作者：柳凯中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

随着钻探工程的快速发展,越来越多的学者开始研究冲击回转钻进过程中的振动特性。潜孔锤以其特有的优点,得到越来越广泛的应用,对其进行系统的研究越来越迫切。本文以潜孔锤钻柱为例,基于区域分解法来建立钻柱离散动力学方程,研究钻柱... 详细信息

随着钻探工程的快速发展,越来越多的学者开始研究冲击回转钻进过程中的振动特性。潜孔锤以其特有的优点,得到越来越广泛的应用,对其进行系统的研究越来越迫切。本文以潜孔锤钻柱为例,基于区域分解法来建立钻柱离散动力学方程,研究钻柱含有扭转粘滑的振动规律,具体研究内容如下:一、建立了潜孔锤钻柱变截面模型,通过区域分解法,应用广义变分原理对潜孔锤钻柱建立能量泛函,通过泛函变分求解驻值的方法来得到钻柱的动力学离散方程,并应用matlab软件编程,完成了钻柱耦合振动响应的系统求解过程,并应用Newton-Raphson法求解钻柱非线性载荷问题,根据钻柱振动状态自适应调整载荷,从而建立包含钻柱非线性问题的钻柱耦合振动响应求解系统。二、利用建立的钻柱耦合振动求解系统,研究了钻柱阻尼和变截面等因素对钻柱耦合振动响应的影响。在此基础上,研究针对潜孔锤冲击周期冲击激励钻柱扭转粘滑振动特性,分析了冲击持续时间、钻柱长度和驱动转速对扭转粘滑运动的影响。结果显示:冲击时间越长,越容易发生粘滑振动现象;与短钻柱相比,长钻柱扭转振动各阶模态频率间距减小,钻柱在每一冲击倍频处均接近的模态频率,易发生扭转共振;钻柱的驱动速度提高时,钻头扭转动能增大,钻头阻力矩可能无法完全消耗钻头动能,使不再发生粘滑振动现象。三、通过一维波动理论,建立了弹性体钻柱扭转振动的数学理论模型,应用振型叠加法得到周期力作用下钻柱扭转稳态受迫振动响应,得到了线性条件下钻柱扭转振动的理论求解方法,与区域分解法结果进行对比,验证了两种方法的可靠性。从中可以看出,区域分解法所得的响应是由钻柱的瞬态响应和稳态响应叠加而成,而理论法所得的响应中只有稳态响应。区域分解法与理论法可以很好地求解短钻柱扭转振动响应,而由于长钻柱以高阶振动为主,区域分解法在模拟长钻柱振动更有优势。通过对潜孔锤钻柱耦合振动规律的研究以及非线性动力学求解的探讨,更全面地了解了潜孔锤钻柱振动特性,对实际钻进起到重要的指导意义,本文为钻柱振动响应的研究提供了重要的方法和理论基础。

关键词：潜孔锤钻柱区域分解法粘滑振动一维波动理论固有模态

基于区域分解法的梁单元钻柱非线性动力学分析方法的研究

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基于区域分解法的梁单元钻柱非线性动力学分析方法的研究

作者：王超中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

由于潜孔锤钻进效率高、钻进成本低、成孔质量高等优点,潜孔锤钻进技术被广泛应用于水文地质、石油钻井及矿产开采等钻探作业中;但在实际钻探中,潜孔锤钻柱的耦合振动、大变形屈曲和接触等问题会造成钻具大的磨损和弯折破坏,其中涉及到... 详细信息

由于潜孔锤钻进效率高、钻进成本低、成孔质量高等优点,潜孔锤钻进技术被广泛应用于水文地质、石油钻井及矿产开采等钻探作业中;但在实际钻探中,潜孔锤钻柱的耦合振动、大变形屈曲和接触等问题会造成钻具大的磨损和弯折破坏,其中涉及到许多复杂的非线性动力学问题仍然没有得到很好的解决。通过查阅国内外资料,详细了解潜孔锤发展现状、钻柱耦合振动、钻柱大变形屈曲、钻柱井壁接触等理论,创新性的采用分解法建立空间梁单元钻柱耦合振动能量模型,进行钻柱的耦合振动模态分析,基于非线性有限单元法建立梁单元钻柱大变形的能量模型,进行钻柱大变形屈曲模型的初步方法研究,利用Hertz理论创新性的建立钻柱井壁的椭圆曲面Hertz接触模型,具体内容如下:一、钻柱顶端和底端分别作用提吊力和轴向冲击力,当冲击钻进硬岩时,钻柱轴向受载失衡,造成钻柱的非线性大变形屈曲,引发钻柱井壁碰撞接触。根据钻柱井壁接触的实际屈曲状态,建立了弯曲钻柱外表面的正弦素线方程,分析弯曲钻柱与井壁之间的接触轮廓,创新性的建立钻柱井壁的圆柱内弯曲椭圆曲面接触模型,分析了实际钻探中正弦屈曲状态下的钻柱井壁接触力,研究浸入深度、钻探参数及钻柱屈曲状态与接触力的关系。二、创新性的利用区域分解法建立空间梁单元钻柱耦合振动的能量泛函,利用位移多项式将钻柱耦合振动能量泛函展开成动力学离散方程,采用直接迭代法求解梁单元钻柱耦合振动的离散方程,进行钻柱的耦合振动模态分析,与ANSYS仿真结果对比进行验证,结果表明:当钻井深度大于200m时,选择梁单元进行钻柱耦合振动模态分析,钻柱的前三阶纵向和扭转模态频率误差为1%,钻柱的前80阶横向模态频率误差约为0.1%,且随着钻柱长度的增加,钻柱的纵、横、扭、模态误差逐渐减小;当钻井深度小于50m的浅井钻进时采用壳单元进行钻柱耦合振动模态分析,纵横扭模态频率与ANSYS仿真结果对比误差约为1%。三、考虑二阶应变小量对钻柱应变能的影响,通过非线性有限单元法建立空间梁单元钻柱大变形能量泛函,利用位移多项式将钻柱大变形能量泛函展开成动力学离散方程,通过Newton-Raphson法求解空间梁单元钻柱大变形屈曲模型,建立了钻柱大变形屈曲模型的初步研究方法。

关键词：潜孔锤钻柱区域分解法耦合振动非线性接触大变形屈曲