超短半径水平井柔性钻杆非线性力学分析

为了给超短半径水平井柔性钻杆安全性评价提供一种有效的计算方法,在考虑柔性钻杆和导向管接触的情况下,建立了造斜段和水平段整体柔性钻具非线性有限元模型;在考虑柔性钻杆各部件间的接触以及材料的弹塑性的情况下,建立了单节柔性钻杆局部模型,并将整体模型中得到的柔性钻杆危险截面栽荷加到局部模型中,进行强度评价,得到造斜段柔性钻杆能承受小于2kN·m扭矩,水平段钻进长度30m时,柔性钻杆能承受小于40kN的钻压和小于2kN·m扭矩的结论.     

万向铰节点推力关节轴承的力学性能分析

针对推力关节轴承复合受载情况下的安全性能问题,根据某场馆所采用的万向铰节点结构特点与承载特点,利用有限元法对结构中的推力关节轴承进行了两种不同载荷工况下的力学性能分析。利用大型有限元前处理软件ANSA对三维模型进行了网格划分,再通过ANSA与ANSYS软件的接口,准确建立了万向铰节点结构有限元计算模型,并计算出两种工况下推力关节轴承内、外圈的应力分布规律。研究结果表明,压剪工况下,除盖板外,各部件最大应力均比拉剪工况大;且两种工况下,万向铰节点的最大VonMises应力值发生的位置一样,均发生在下部轴承外圈内上边缘,因此该部位有可能会是轴承外圈开裂的起始源处。分析结果为万向铰节点推力关节轴承的设计与改进提供了有益的参考。     

基于Archard模型的螺杆钻具十字万向轴啮合面磨损规律研究

十字万向轴对于螺杆钻具的扭矩与转速传递具有重要作用,然而十字万向轴的运动磨损使得传递效率大大降低。为探究十字万向轴啮合面的运动规律与防磨合金块的磨损规律,建立十字万向轴多体运动和合金块体积磨损量计算的联合仿真物理模型;依据赫兹接触理论和Archard磨损理论对仿真模型的接触边界条件进行设定,对磨损条件进行定义,研究共轭运动副啮合面之间的运动规律与接触力的变化规律;以多体运动仿真求解所得啮合面的运动路径和接触力峰值作为防磨合金块磨损分析的边界条件,研究不同结构形态对防磨合金块体积磨损量的影响规律。结果表明：当运动啮合稳定后,啮合面会产生沿着切向与轴向的合成方向做往复滑动摩擦运动,接触力呈现周期性波动规律;接触面不同结构形态与关键结构参数对合金块的磨损量有显著影响,采用凹双斜面结构可有效提升合金块的耐磨性。该研究可以为十字万向轴的结构优化设计及耐磨性的提高提供参考。     

基于约束方程的十字万向轴扭转振动计算模型

万向轴传动由于附加力矩会对传动系统产生强迫振动,为了避开传动系统扭转共振,需要对万向轴传动系统进行计算分析,合理选取结构参数。利用约束方程表示万向铰传动特点,并用有限单元法建立双万向轴扭转振动动力学模型,通过数值仿真得到万向轴传动系统扭转振动数值解。计算结果表明:模型能够计算万向轴附加力矩引起的强迫振动,可用于万向轴传动系统扭转振动分析。     

万向铰接机构的运动分析与虚拟装配

分析了万向铰接机构的结构,得到了万向铰接机构输入、输出轴的角速度关系,并且对其进行了虚拟装配和动态仿真,为万向铰接机构的设计制作提供了方法和经验.     

螺杆钻具十字万向轴运动副球面磨损规律

螺杆钻具十字万向轴是传递扭矩和转速的关键结构,其运动副中锁紧轴与球座之间产生相对滑动而导致本体结构加速磨损,显著降低了万向轴的使用寿命。为研究锁紧轴与球座的圆弧面半径对滑动磨损的影响规律,建立多种圆弧面半径的三维磨损仿真物理模型;基于赫兹接触理论和Archard磨损理论研究不同半径条件下的体积磨损量、最大变形量、最大滑移距离和最大穿透深度的变化规律;借助现场试验进一步研究非密封十字万向轴的锁紧轴和球座之间滑动磨损后所呈现的结构形态和易磨损区域分布。结果表明：在一定范围内,随着圆弧面半径逐渐增大,体积磨损量呈现先减小后增加的趋势,最大滑移距离和最大穿透深度逐渐减小,最大变形量受圆弧面半径的影响较小,推荐最优半径为28~30 mm。仿真分析和现场试验结果表明,锁紧轴和球座侧滑会导致锁紧轴圆弧凸面沿圆周方向出现明显的磨损且边沿处出现“尖角”,球座圆弧凹面边沿厚度减小,形成环形凹槽且呈“卷曲变形”。该研究可以为十字万向轴的运动副的结构优化设计及耐磨性的提高提供参考。     

基于Ansys的桥面吊装起重机臂架下铰点铰接结构接触分析

桥面吊装起重机臂架下铰点销轴是连接臂架和底盘的关键受力部件。本文采用Ansys软件中的接触单元,对该销轴铰接结构进行有限元分析,同时采用传统材料力学知识进行校核,并对比两种方法的结果。     

七索并联对接机构作业空间分析及索力优化设计

柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适合于重载及长径比大的工件吊装对接。提出一种七索驱动的6自由度柔性并联对接机构。借助静力学方程推导出该七索柔性并联机构的结构矩阵,并根据结构矩阵的零空间,计算得到设计参数下的可控工作空间和可行工作空间。通过比较工作空间大小,确定出动平台铰接点角度、动平台半径和下拉索分布半径3个设计参数。以下拉索索力均匀为优化目标,计算出下拉索索力变化情况,并结合工作空间分析和索力变化特点,给出一组满足设计要求的尺度参数。     

一种高轴向刚度三轴转动柔性铰的有限元分析与模拟

文中研究了一种高轴向刚度三轴转动柔性铰.提出了采用有限元技术对该柔性铰进行弯曲刚度、扭转刚度和轴向刚度分析的原理及方法.在此基础上,对高轴向刚度三轴转动柔性铰的各向刚度进行了有限元分析计算,建立了高轴向刚度三轴转动柔性铰的各向刚度随柔性铰关键结构参数变化的二次拟合方程.研究结果表明,高轴向刚度三轴转动柔性铰不仅各向弯曲刚度相等,而且具有较高的轴向刚度,能实现三轴转动.另外,各向刚度值随关键结构参数变化的二次拟合曲线和实验曲线的最大拟合误差不超过3.50%,各向刚度随柔性铰关键结构参数变化的二次拟合方程能准确预测柔性铰的各向刚度.该研究工作为高轴向刚度三轴转动柔性铰的开发与设计提供了一种有效的方法.     

四种柔性T型联结节应力分析

分别将倒圆角直梁型、椭圆直梁复合型、抛物线直梁复合型及双曲线直梁复合型柔性铰链应用于柔性T型联结节结构中,采用结构实体单元SOLID92建立各柔性T型联结节的有限元模型,建立相应的边界条件对其承载能力进行研究。结果表明,(1)由椭圆直梁复合型柔性铰链构成的柔性T型联结节的承载能力最强;(2)该柔性T型联结节的最大弯曲应力、最大扭转应力和最大拉应力主要取决于最小厚度,且各应力均随宽度和最小厚度的增大而减小,这一规律与椭圆直梁复合型柔性铰链的各结构参数对其最大弯曲应力、最大扭转应力和最大拉应力影响规律的研究结果一致。     

随钻扩眼工具与岩石摩擦接触的数值模拟研究

对随钻扩眼工具与岩石间的摩擦接触进行了有限元分析,采用粘-滑摩擦模型模拟接触状态,并用罚函数与拉格朗日组合法进行求解,对随钻扩眼工具在扩眼钻进时的受力进行了模拟分析。数值计算的结果较真实地反映了随钻扩眼工具工作时,所受接触压力、有效应力和摩阻应力的分布变化情况,据此给出了实际可用的建议,研究结果获得了现场试验结论的支持,表明所提分析方法是有效的,为随钻扩眼工具的设计和使用提供了依据。     

扫描电子束钎焊温度场数值分析

根据不锈钢毛细管板结构的钎焊特点,建立了扫描电子束钎焊温度场三维有限元分析模型。有限元计算结果与试验结果一致,证明所建立的温度场模型是合理的。利用该模型预测了束斑直径、扫描半径和束流三个工艺参数对扫描电子束钎焊温度场的影响。结果表明:大束斑直径、大扫描半径和小束流的扫描方式可以获得钎焊所需的局部均匀的温度场。利用有限元分析得到的优化工艺参数对毛细管板结构件进行了扫描电子束钎焊试验,获得了良好的钎焊接头。     

冲压成形CAE技术中接触摩擦计算的新方法

以显式有限元仿真技术为背景 ,讨论冲压成形中模具与工件接触摩擦界面的计算问题 ,提出了一种新的接触界面计算方法 ,并应用非线性摩擦定律来计算作用在工件上的摩擦力。为避免用于计算接触力的罚函数法中的罚因子影响显式仿真算法的稳定性 ,采用了局部质量密度因子来抵消罚因子的负面影响。仿真计算实例结果验证了本方法的正确性以及在可靠性和计算速度方面的明显提高。     

Friction and wear characteristics of steel on rock under water and oil based lubricated sliding conditions

Abstract

In recent years, drilling extended reach wells have become more and more common in the petroleum industry to optimise the oil and gas production. Extended reach wells are defined as wells that have two times more horizontal step out than true vertical depth. High friction (frictional torque) and drag are two of the mechanical limiting factors while drilling longer horizontal wellbores. There are numerous methods and tools developed to lower the drillstring friction. Drilling non-circular wellbores is a new concept with potential to minimise the mechanical friction by reducing drillstring and sidewalls contact area. However, this will cause an increase of contact pressure owing to the reduced contact area between drillstring and the formation. This article presents results obtained from an experimental study pertaining to the friction behaviour using a pin on disc set-up with steel pin and granite disc in the presence of water and oil based lubricants. These tests have been designed to represent frictional contact conditions between a rotating steel drillstring and the wellbore wall at different contact pressures. Test results show that the friction coefficient decreases with an increase of contact pressure in wet condition for both water and oil based lubricants. It is also observed that the friction factor increased by adding sand and phyllite particles to the water based lubricant. Considering the wear scars, the friction coefficient shows reduction with increased contact pressure in all tests with and without particles for both water and oil based lubricants.     

[材料绿色成形技术]异形排气管多向局部加载液力成形工艺

针对某乘用车异形排气管整体制造的难题,开展4系列不锈钢管材包括多向局部加载液力成形新方法的全流程液力成形工艺研究。基于Dynaform有限元模拟软件,建立绕弯成形及液力成形的有限元模型,监测管材壁厚分布的演化规律,进而优化成形工艺参数,开展实验验证。研究结果表明：初始管材直径对液力成形管材壁厚分布影响显著,初始管材直径为54 mm时能很好地满足工艺要求;在纵向加载液力成形阶段,可通过在上模具设计凸筋来实现对管材的局部加载成形,而在横向加载液力成形阶段,内压为48 MPa时可避免管材破裂、折叠等缺陷的产生;此外,局部加载液力成形可导致管材的应力应变状态发生明显改变,变形区管材的壁厚呈现增大趋势,最大减薄率由27.43%降至24.65%,最终零件的最大减薄率为28.05%。实验结果与模拟结果基本吻合,最大偏差值仅为2.89%。     

YZ－35型牙轮钻机钻杆的强度分析

采用ＳＡＰ５Ｐ结构分析软件对ＹＺ－３５型牙轮钻机的钻杆首先以梁结构单元形式计算了其节点力和位移，然后对其三个接头部分以体单元形式进行细分析，提出了结构的改进方案。     

柔性管板计算方法与几何尺寸优化

利用ANSYS 15.0软件对柔性管板进行热-应力耦合分析,得到柔性管板整体应力分布规律,对柔性管板厚度、换热管中心间距、过渡圆角半径进行优化,并对国内外管板计算方法进行对比分析.结果表明:西德AD方法计算出的管板厚度最小;随着柔性管板厚度的增加,薄膜应力先减小后增大,薄膜加弯曲应力逐渐增大;随着换热管中心间距的增大,...     

肠道微机器人柔性运动系统

提出一种适用于肠道微机器人的柔性运动系统来提高肠道机器人微创诊断的主动运动能力.柔性运动系统采用尺蠖型运动方式,由柔性运动机构和柔性驱动机构组成.柔性运动机构包括径向气囊软足和轴向伸缩推杆,并用万向节连接微机器人前后腔体从而提高运动柔性;柔性驱动机构利用尼龙线绳牵引波纹管泵驱动气囊软足和伸缩推杆激励微机器人伸缩.微机器人样机直径为12.2 mm,长度为78 mm,质量为14.8g,最大径向钳位外径为20.2 mm,最大轴向行程为16.4 mm.实验结果表明,柔性驱动机构可以为波纹管泵和伸缩推杆分别提供最大为0.67N和0.65 N的驱动力;微机器人样机能够在不同倾斜角度的刚性有机玻璃管中运动,在水平和竖直管道中的平均运行速度为0.38 mm/s和0.25 mm/s;能通过最小曲率半径为49.3 mm的塑料软管,在离体肠道中也能实现有效运动.本柔性运动系统为肠道微机器人提供了一种安全有效的自主运动方案.     

基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制

针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。