竖直井底部钻具动力学特性的有限元分析

在石油钻井过程中,钻柱的运动过程非常复杂,不仅存在纵向、横向、扭转振动,而且还与井壁发生随机接触碰撞和摩擦.充分考虑钻柱与井壁以及钻头与岩石的随机碰撞作用,建立了竖直井底部钻具系统(BHA)非线性动力学有限元模型,研究了工作过程中的BHA系统的纵向、横向和扭转振动,分析了钻柱在受到井壁约束下的瞬态动力响应特性,探讨了B...     

钻柱动力学有限元分析及室内轴向试验结果对比

在石油钻井过程中,钻柱的受力运动过程相当复杂,而且还与井壁发生随机接触碰撞,使得人们对钻柱运动状态准确地理论上描述变得十分困难。运用结构动力学有限元和间隙元的方法研究了井底钻柱的运动状态,并将钻柱轴向运动计算和室内轴向振动的测量结果进行了分析。由于目前技术条件的限制在国内能做室内尺寸钻柱的轴向振动试验。     

钻柱与井壁振动碰撞特性的有限元分析

在考虑钻柱外钻井液的影响下，建立了钻柱与井壁碰撞的横向振动方程，并提出了分析振动碰撞特性的有限元计算模型，对碰撞力采用非线性弹簧和非线性阻尼器来描述，计算结果表明，钻柱与井壁之间的间隙，对钻柱的频响特性和碰撞力的大小有影响，本文的研究结果为实钻时避免钻柱的偏磨和钻柱寿命的预测提供了依据。     

钻柱纵向振动模型的建立及求解方法

在牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上,将钻头在井底作纵向往复运动的位移作为钻柱纵向振动的下端边界条件,在适当简化的条件下,利用弹性杆理论和单元法建立了钻柱在钻井过程中由于钻头与岩石互作用及钻柱的弹性变形而导致钻柱产生纵向振动的动力学模型在给定初始条件和边界条件的情况下,采用数值计算方法求解了钻柱纵振模型。为进一步弄清钻头、钻柱在钻井过程中的实际运动规律和动力学性能,改进钻头、钻柱的设计方法,预防钻头、钻柱早期失效奠定了基础。     

气体钻井下部钻柱非线性动力学分析

利用非线性动力学原理,建立以气体为循环介质的下部钻柱―钻头―地层有限元模型,并利用显式New-mark时间积分法计算求解。研究下部钻柱与井壁非线性接触碰撞时产生接触力的特点,分析下部钻柱受到钻压和扭矩的作用后的运动状态,认识下部钻柱危险点的瞬态力学行为以及下部钻柱受载荷后的位移变化规律。     

下部钻柱有限元动力学仿真研究

针对下部钻柱在钻井过程中的振动状态,分析了振动机理,并建立下部钻柱组合节点单元三维动力学模型,运用强迫频率理论和高斯列主消元法对动力学方程组进行求解,得到不同转速下的最大径向变形及弯曲应力,绘出相应的幅频响应曲线,确定相应的临界转速.研究表明,钻柱转速对钻柱振动影响较大,通常钻柱工作转速要避开钻具组合谐振频率,可减缓钻柱振动,保护钻柱.     

气体钻井全井段钻柱动力学研究

采用有限元法开展气体钻井全井段钻柱的非线性动力学运动过程模拟研究。建立了某井全井段塔式钻具的三维模型和钻头与岩石以及钻柱与井筒之间的接触关系,分析了钻柱在动态钻进过程中的力学参数,得出气体钻井全井段钻柱的运动规律以及对钻柱寿命的影响。对气体钻井中钻柱力学、井斜控制等方面的深入研究具有指导意义。     

钻柱黏滑振动特性仿真与产生机理分析

针对钻探作业中产生的钻柱黏滑振动现象,研究了仿真环境下钻柱系统的黏滑振动特性与振动产生机理。基于振动理论,建立了井下钻进系统的双自由度弹性模型,提出了一种模拟钻头-岩石摩擦力矩的算法;构造了钻进系统结构图,模拟了钻柱黏滑振动的变化规律,并通过极限环分析钻柱黏滑振动的产生机理;绘制钻井参数与振动幅值和周期的关系曲线,讨论了钻井参数对钻柱黏滑振动的影响。仿真结果表明,钻柱黏滑振动主要表现为钻头周期性地黏滞和滑动,属于一种由非线性摩擦力引起的自激振动;钻井参数的改变影响钻柱黏滑振动的剧烈程度。     

利用伪随机信号系统辨识钻柱系统

用白噪声信号作为输入信号对钻主系统脉冲响应进行辨识。研究了伪随机信号的特征及伪同信号产生的方法,得出了用伪随机信号代替白噪声信号辨识钻柱系统脉冲响应的结论结合输入信号和输出信号,利用钻柱系统的脉冲响应,了钻柱的临界转速、钻柱共振、钻柱与井壁裼相互作用、所钻地层岩性等钻井工程问题。     

钻进中钻柱系统的辨识

在钻井过程中,钻柱振动系统是一个很复杂的动态系统,它不仅具有复杂的不确定的边界条件,而且具有显著的随机特征。在随机信号理论基础上,提出了一种用互相关辨识钻柱系统的新方法;结合输入信号和输出信号,利用钻柱系统的脉冲响应,讨论了钻柱的临界转速、钻柱共振、钻柱与井壁之间的相互作用、所钻地层岩性等钻井工程问题。     

考虑封严涂层的航空发动机叶片碰摩过程

为了分析封严涂层对航空发动机压气机叶片碰摩过程的影响,进行叶片-涂层/机匣碰摩过程的仿真模拟和实验研究.建立叶片-涂层/机匣碰摩动力学仿真模型,通过仿真分析获取一定转速下叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时的叶尖应力和碰摩力;搭建叶片-涂层/机匣碰摩实验台,通过碰摩实验获取一定转速下叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时的碰摩力和机匣上的加速度,分别进行对比分析.分析结果表明：封严涂层的存在有效降低了叶尖的应力和碰摩力以及峰值频率下的机匣振动加速度幅值;碰摩力具有周期性的脉冲特征,碰摩力随着侵入深度的增加而非线性增大;机匣振动加速度峰值频率为叶片通过频率及其倍频,峰值频率下的加速度幅值会随着侵入深度的增加而增大且高频下的增幅较大.     

船桥碰撞非线性数值仿真研究

为了研究湘江流域典型桥梁船桥碰撞时的撞击力和能量转换过程，为后续大桥的防船撞设计提供参考，以株洲建宁大桥为研究背景，按照实际尺寸建立货船和桥墩模型，并使用ABAQUS有限元软件对其进行非线性动力仿真分析，研究了船桥碰撞过程中，船的撞击速度、吨位和撞击角度对撞击力的影响，以及船的变形情况和船桥碰撞中的能量转化关系。研究结果表明：船撞力峰值和船速存在正相关关系；船舶的吨位越大，撞击力峰值越大并且撞击的时间越长；船的撞击角度与碰撞时间之间没有呈现出明显的规律；船的撞击速度、吨位和撞击角度3种影响因素对船桥碰撞的撞击力和船体变形均有影响，但主要因素还是船速和船的吨位；在碰撞过程中，船的撞击动能基本转化为塑性变形能，船体变形主要集中在船艏碰撞区域，远离碰撞区域的船身部位没有明显的变形。     

大陆碰撞造山与成矿过程:扎格罗斯和喜马拉雅造山带对比

大陆碰撞造山过程对理解板块构造登陆具有重要启示意义,但相关研究还存在较多问题。例如,几乎每个造山带都存在初始碰撞时限的争议,碰撞造山阶段存在多种划分方案,碰撞成矿作用的地球动力学机制不清楚等。通过综合对比研究扎格罗斯和喜马拉雅造山带构造-岩浆-成矿作用,发现碰撞造成的强烈挤压变形明显滞后于大陆初始碰撞时间。同时,碰撞过程还会出现滞后型弧岩浆作用。将这些碰撞初期出现的滞后型构造岩浆事件单独划分成一个碰撞造山阶段,称之为软碰撞阶段。由此,碰撞造山过程由软碰撞、硬碰撞和后碰撞3个阶段组成。其中,软碰撞阶段主要发育与低速率应变有关的变形构造和与俯冲大洋板片有关的岩浆事件; 硬碰撞阶段主要为高速率应变的变形构造和大陆岩石圈俯冲诱发的岩浆事件; 后碰撞阶段则会出现大量伸展构造来调节挤压应变,同时发育与大陆岩石圈拆沉、断离和撕裂有关的岩浆作用。软碰撞和硬碰撞阶段的挤压作用会造成铅锌矿床就位在褶皱逆冲带内,硬碰撞和后碰撞阶段发育的大型走滑断层控制斑岩型铜矿床的产出,后碰撞阶段出现的伸展构造赋存有金锑多金属热液矿床。碰撞造山带内保存有早期俯冲和后期碰撞阶段的新生地壳,为碰撞造山带金属成矿提供了物质来源。     

Study on Non-Collision Mineralizing Mechanism of Froth Cyclone

On the basis of the mineralizing mechanism of froth cyclone, this paper expounds that the froth cyclone flotation process is accomplished in a limited centrifugal field. The main feature of air bubble mineralizing in the froth cyclone is a synthetic mineralizing process, of which the non-collision mineralization of minute air bubble separated out dominates, supplemented with the collision mineralization. Moreover, this paper points out that the hydrophobic separated out and centrifugal force strengthen the selectivity of fine coal particle, accelerate the flotation speed and improve the slime recovery.     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

钻柱力学发展综述之三：钻柱动力学

详细地介绍了钻柱动力学的发展过程及目前研究的现状，并对有关文献及其应用的理论与方法进行了评述和介绍。     

开坯机主传动系统自激振动分析

轧机主传动系统持续的自激振动将产生高频、高幅值的动载荷,使设备受到严重破坏。通过建立轧机主传动系统自激振动理论模型和现场实验研究,发现轧件与轧机之间＂打滑＂是诱发自激振动的主要原因。开坯机由于压下量大,造成＂咬入＂困难,应当采用车削方式加工轧辊辊身,以增大轧辊与轧件之间的摩擦系数。     

熔融沉积成型3D打印拉丝缺陷的正交实验研究

为了及时解决打印过程中的拉丝异常工况,提出基于振动信号的熔融沉积成型(FDM)3D打印拉丝缺陷正交分析方法. 开展单因素试验,对加速度振动传感器采集的信号进行时域分析,提取相关峭度、峰值因子和脉冲因子特征值,确定喷头温度、回抽距离、回抽速率和空驶速率4个打印参数与零件拉丝缺陷的关系. 在单因素试验的基础上进行四因素三水平正交试验,以提取的振动信号时域特征值为评价指标,通过极差与方差分析对试验数据进行分析. 试验结果表明,利用该方法可以对拉丝缺陷进行识别,其中在使用材料为PLA的情况下,回抽距离和喷头温度对零件拉丝缺陷的影响显著,空驶速率和回抽速率影响不显著,当喷头温度为190 ℃、回抽速率为50 mm/s、回抽距离为12 mm、空驶速度为50 mm/s时,打印模型的拉丝情况最好.