扫描信号激振下振动器-大地耦合动刚度和动阻尼研究

准确描述在扫描信号激振下振动器与大地之间的相互作用是研究可控震源激振规律的关键。根据弹性半空间理论,建立了振动器-大地耦合振动模型,提出了振动器-大地耦合动刚度和动阻尼的数学描述,进行了耦合模型的试验验证,研究了耦合参数对动刚度和动阻尼的影响规律。结果表明,影响动刚度和动阻尼的耦合参数包括扫描频率、大地弹性模量、土壤密度和平板底面积;平板和地面之间的相互作用随着扫描频率的提高而减弱;弹性模量较大、密度较小的土壤与平板之间的相互作用较强,更有利于振动出力,而加大平板底面积对增大动刚度的作用随着扫描频率的提高而减弱。采用可控震源进行勘探作业时,应考虑扫描频率、土壤性质、平板底面积对动刚度和动阻尼的影响,以获得期望的地震激发信号。     

可控震源振动器平板多频响应分析

高精度、宽频激发是可控震源的主要发展趋势。在工程应用中,可控震源振动器平板在不同扫描频率下的响应存在差异,导致可控震源在全频段的输出信号精度不一致,难以向宽频拓展,因此有必要开展振动器平板多频响应分析。首先,利用有限单元法,建立了KZ-28型可控震源振动器仿真模型,研究了振动器平板在不同频率下的动力学响应性能,得到了平板加速度、变形和接触力随着频率增加而增大的变化规律。其次,分析发现,平板的刚度不足是导致平板在不同频率下响应存在差异的根本原因,提高平板的刚度可以提升可控震源在全频段的输出信号品质。研究结果将为振动器平板的结构优化提供指导。     

震源振动器平板损伤机理及其疲劳寿命预测研究

振动器是可控震源地震信号激发的关键装置,长期宽、高频地震波激发致使振动器平板焊接部位出现裂纹甚至疲劳失效,这不仅会大大减短平板工作寿命,而且严重影响震源信号质量。由此,对平板开裂断口的微观形貌进行分析,掌握平板疲劳损伤区域内损伤特征、裂纹扩展规律,揭示平板开裂断口损伤机理。针对平板疲劳损伤模式和特点,开展平板“三点弯曲”疲劳试验,拟合平板S—N曲线,预测平板疲劳寿命,并与采用断裂力学法的疲劳寿命计算结果进行比较。结果表明,经疲劳试验参数修正的S—N曲线法的精度高于断裂力学法,可准确预测震源振动器平板的工作寿命。研究成果为延长震源振动器平板的疲劳寿命、增强其可靠性提供了科学的理论支持,有助于提高我国油气勘探技术及相关工程装备的研发水平和国际竞争力。     

可控震源振动器有限元模态分析与试验验证

振动器作为可控震源的核心部件,其性能对可控震源输出信号的质量起着至关重要的作用。为了准确掌握可控震源振动器的模态特性,找到非激励振动的原因,根据有限元模态分析相关理论,建立了振动器-大地有限元模型,利用ANSYS Workbench软件对模型进行预应力模态分析,获得施加预应力后的振动器变形情况和前6阶固有频率以及相应的振型。有限元分析表明:在实际工作频宽内,振动器的主要振动形式是平板以上结构沿长轴和短轴的摆动以及以活塞杆为中心的扭转。针对有限元分析结果,进行了现场试验,试验结果与仿真分析一致,证明了有限元分析的正确性。研究表明,振动器共振会导致非激励性的摆动和扭转,这是振动器输出信号畸变的一个原因。研究结论为振动器结构设计和现场作业提供了理论指导。     

修正G-W模型研究结合面微观接触特性EI北大核心CSCD

G-W模型在模拟结合面微观接触时发现,当微凸体接触点数0相似文献   

扫描频率激振下可控震源振动器模态分析

准确掌握扫频频率激振下可控震源振动器的模态特性,可为可控震源的激发信号质量改善提供依据。根据弹性半空间理论,建立并验证振动器-大地耦合振动模型,分析结构的模态,掌握结构的固有频率和振型。研究表明,在扫描频率下,仅存在两次共振。1阶共振时的振型是重锤和平板同向共振,结构的响应以重锤为主;2阶共振时的振型是重锤与平板反向共振,平板的响应占据主导地位。在勘探时应尽量避免扫描频率与固有频率重叠,防止振动器共振,从而有效降低共振导致的源致干扰。     

修正G-W模型研究结合面微观接触特性

G-W模型在模拟结合面微观接触时发现,当微凸体接触点数0n1时,两表面会产生接触这一不合理现象,提出修正G-W模型研究低载荷下机械结合面的微观接触特性。通过测量表面微观形貌特征和功率谱函数,获得结合面的微观形貌参数,研究表面粗糙度与接触力、微凸体接触数以及真实接触面积间的关系,分析结果表明:不同表面粗糙度下中心线间距与微凸体接触个数和接触力呈对数关系,间距越大,微凸体接触数目越少,接触力越小;在相同间距下,表面粗糙度越大,微凸体接触数目越少,接触力越大;不同表面粗糙度下微凸体接触个数与接触面积和接触力之间呈线性关系,微凸体的接触数目越多,表面接触面积和接触力越大;相同接触数目下,表面粗糙度越大,真实接触面积和接触力也越大;当接触变形量较小时,修正的G-W模型与Hertz接触模型吻合较好,接触变形与接触力之间呈对数递增,而与真实接触面积间近似呈线性递增关系。     

粗糙界面法向接触振动响应与能量耗散特性研究

粗糙界面的法向接触振动与能量耗散特性对描述界面动力学机理具有重要的理论和实际意义。本文通过建立粗糙界面法向接触振动的动力学模型,提出了其法向接触振动响应特征量和振动能量耗散量的计算方法。基于粗糙表面的三维分形模型描述,构造了粗糙界面的接触力-变形关系式,并与Hertz接触模型的力-变形关系进行了对比分析;建立了粗糙界面接触振动系统的动力学方程,计算了不同表面形貌粗糙界面系统每周期的振动能量耗散率和累计能量耗散率;分析了粗糙界面法向接触振动的响应特征与能量耗散特性,从理论上对界面法向微动能量耗散的实验结果进行了解释,为描述接触界面的动力学机理提供了理论依据。     

结合面静态接触参数的统计模型研究

基于对粗糙表面形貌统计分析的基础上,综合考虑微凸体的完全弹性、弹-塑性和完全塑性三种变形机制,建立了结合面的接触面积、接触载荷及接触刚度的统计模型。该模型揭示了结合面接触参数与材料性能参数及粗糙表面形貌参数之间复杂的非线性关系。在不同的微凸体高度随机分布及塑性指数条件下,对接触参数进行预估和对比研究。结果表明,修正的指数分布对高斯分布有着较好的近似,而简单的指数分布与高斯分布之间的误差较大,且相差1至3个数量级;接触表面间距减小时,接触参数值均呈现增大的趋势;塑性指数增大时,接触载荷和接触刚度都随之增大,而接触面积的变化较小。     

基于模糊综合评价法的可控震源振动器平板疲劳可靠性分析与优化

平板作为可控震源振动器的核心部件,其焊接部位的疲劳可靠性直接影响其自身的使用寿命和地震信号的激发品质。为了准确得到振动器平板焊接部位的疲劳可靠性,基于模糊综合评价法对其进行可靠性分析。首先,确定振动器平板疲劳可靠性影响因素的集合,并通过多位专家打分评估的方式建立影响因素的权重矩阵和评价矩阵,进而得到平板疲劳可靠性的模糊综合评价矩阵。然后,根据模糊综合评价结果,确定基于S—N曲线法和断裂力学法的平板疲劳可靠性分析模型的权重系数,并建立平板疲劳可靠性模糊综合分析模型。以振动器的结构、载荷和材料参数以及疲劳裂纹扩展的影响因素为随机变量,开展平板的疲劳可靠性优化设计。结果表明,优化后平板的综合疲劳可靠性提高了1.8%。研究结果可为提高可控震源振动器平板的抗疲劳性能和使用寿命提供重要的理论依据。     

川渝地区可控震源道路激振效果分析

川渝地区地形地貌复杂,可控震源在其乡村道路激振时存在激发信号畸变较大及激发能量耗散较大等问题。为了解决该问题,建立了可控震源道路激振模型,构建了可控震源道路激振效果评价体系,开展了川渝地区可控震源乡村道路激振效果研究,分析了可控震源道路激振能量耗散。结果表明：构建的激振效果评价体系能够较为全面地对川渝地区可控震源道路激振效果进行评价;相比碎石土路,可控震源在无缺陷水泥道路激振时传地能量减弱48.31%,地表接触中心点振幅下降77.44%,互作用力振幅下降18.18%,信号畸变增大34.69%,激振效果较差;道路缺陷对激振效果具有明显的减弱影响,圆形孔洞道路缺陷对激振效果的影响尤为突出,其中传地能量减弱54.94%,地表接触中心点振幅下降5.57%,互作用力振幅下降21.16%,信号畸变增大36.17%;川渝地区可控震源道路激振时,平板的结构能量耗散较大,约占系统总耗散能量的90%。研究结果可以为川渝地区可控震源乡村道路激振效果的改善提供理论指导。     

先进陶瓷材料超声振动铣磨加工表面粗糙度仿真及实验(英文)

为了对超声振动铣磨加工先进陶瓷的表面粗糙度进行预测,建立了加工表面形貌的仿真模型.通过实验测得砂轮表面形貌和磨粒突出高度信息,并对这些信息进行Kolmogorov-Smirnov正态验证,发现砂轮表面形貌不服从高斯分布.对非高斯分布的数据进行Johnson变换,建立砂轮形貌的数值模型.结合砂轮表面形貌和磨粒与工件的相对运动分析,提出了一种表面轮廓搜索方法,进而生成了加工表面的三维形貌.最后,在DMG ULTRASONIC 70-5 linear机床上进行切削实验,对仿真结果进行了验证,结果表明仿真与实验结果具有较好的一致性,并对仿真误差产生的原因进行了分析.     

考虑轧制界面粗糙形貌的轧机辊系非线性振动特性研究

轧制界面的粗糙形貌可导致界面行为的根本变化,极大地影响着轧机辊系的动力学响应行为。考虑轧制界面粗糙形貌的影响,建立了轧机辊系系统的非线性垂直振动动力学模型,计算了具有不同粗糙形貌轧制界面的轧机辊系系统非线性刚度特性和固有频率特性,并与采用Duffing振子描述界面刚度的传统轧机模型进行了对比。采用多尺度法求解了考虑界面粗糙形貌影响的轧机系统主共振幅频特性方程,并推导了系统受迫振动响应的跳跃频率和跳跃幅值表达式,分析了轧制界面粗糙形貌、激励载荷、非线性刚度率和阻尼对轧机辊系系统动力学响应特性的影响,为抑制轧机振动提供有效的理论参考。     

Machinability of AA 2024 aluminum alloy by fiber laser engraving process

The main objective of the present study is to investigate the machinability of AA 2024-T351 aluminum alloy by laser beam-assisted engraving process. The surface in a defined area was machined with the engraving process parameters of scan speed, frequency, and pulse width. While surface roughness measurements were performed to characterize the texture of the processed surface with laser engraving parameters, machining depth measurements were carried out to determine the material removal capacity. In addition, a mathematical relation was built for engraving depth and surface roughness using the response surface methodology. An increase in scan speed and pulse width led to a decrease in engraving depth and surface roughness. Unlike the scan speed and pulse width, any increase in frequency led to increased surface roughness and decreased engraving depth. After processing with lower pulse width and scan speed, a chaotic topography was formed on the surface. The effects of process parameters on engraving depth and surface roughness were analyzed statistically using factorial analysis. Except for the frequency, all parameters for surface roughness were statistically significant, whereas all parameters for engraving depth were statistically significant.     

低频电磁振动台非均匀气隙磁场优化设计

针对大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度参数非线性导致振动激励信号产生失真的问题,在电磁振动台机电耦合模型分析基础上,采用电路等效原理建立大行程磁路简化数学模型,并基于Ansys Maxwell软件对气隙磁感应强度的非均匀分布特性进行仿真分析。基于连续混合整数非线性规划算法,分别仿真分析不同内磁轭母线轮廓及端面结构非线性参数对应的气隙磁感应强度分布特性,得到具有最小不均匀度的变气隙及变截面磁路最优解。仿真结果表明:变气隙和变截面结构分别将优化前25.95%的不均匀度降低到7.09%和2.70%,变截面结构具有更好的优化效果。设计的优化磁路结构可有效改善大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度的非线性,降低输出振动信号的失真度,提高低频振动校准精度。     

Fatigue reliability analysis for vibroseis baseplates

High precision vibroseis are widely used in oil and gas exploration. The key component of a vibroseis is its baseplate, suffered from complicated external load. Cracks could be generated in the baseplate, and fractures could occur in the welding parts of baseplates because of an extreme loading. This failure not only reduces the baseplate life significantly, but also affects the quality and precision of the signal excitation seriously. The objective of this work is to study the fatigue behavior of the baseplate by the finite element analysis (FEA) and fatigue reliability analysis. At first, the solid model of the baseplate is built, and the dynamic characteristics are analyzed by FEA based on the orthogonal design scheme. Then the stress distribution and peak area of baseplate are obtained under a series of loadings, thereby producing the stress‐time data of the risky areas. With the S–N curve and the Palmgren–Miner cumulative damage theory, we could therefore predict the baseplate life, and then its fatigue reliability is calculated with the Kriging response surface method. The sensitivity of fatigue reliability with respect to the design parameters is also obtained, and this provides useful information about the importance of design parameters to the fatigue reliability, therefore resulting in the new design that would lead to longer baseplate life, higher quality of the seismic signal excitation, smaller signal distortion and higher accuracy of oil and gas exploration ultimately.     

低频振动对塑性成形表面微观形貌的影响

目的 通过对塑性成形界面施加纵向和法向低频振动,探究不同振动参数对成形过程中表面质量的影响规律。方法 采用自主设计的低频振动发生器完成纵向振动作用下的摩擦实验和法向振动作用下的压缩实验,统计材料表面变形区域的平均粗糙度,评价成形质量。结果 在干摩擦条件下,不同频率(0~50 Hz)的纵向小振幅(0.1 mm)振动有利于提高成形界面的表面质量,变形区域的表面粗糙度与频率成反比,但是较大振幅(0.4 mm)的纵向振动会增加接触面的材料磨损,降低表面质量;不同频率(0~50 Hz)和不同振幅(0~0.4 mm)的法向振动均有利于提高干摩擦成形界面的表面质量,在0.2 mm振幅条件下表面粗糙度下降最为明显,振幅超过0.2 mm后,增加振幅对提升表面质量的影响不明显。结论 低频振动对成形界面微观形貌影响较大,合理优化低频振动工艺参数可显著提高成形界面的表面质量。