斜井中钻柱的稳定性研究

利用弹性杆的大变形理论,在拖带坐标系下建立了斜直井孔约束下钻柱的平衡微分方程。为了比较端部不同约束对钻柱屈曲行为的影响,分别采用两端铰链支承和一端滑动固定、一端铰链支承模型对钻柱的控制微分方程进行了级数求解,并用迦辽金方法在空间域内加权消残,得到了屈曲发生时无量纲的结构参数与井孔几何参数之间的关系,并绘制了相应的分岔值曲线。研究结果表明,随着井斜角的增加和井孔视半径的减小,钻柱发生屈曲的临界载荷亦越来越大。得到的分岔值曲线对于预测钻柱屈曲行为的产生具有一定的参考意义。由于两个模型给出几乎相同的分岔值,说明控制斜直井孔内钻柱屈曲行为的主要因素是井壁的侧向约束,而端部不同边界条件的影响可以不计。     

铅垂井段钻柱（铰—固模型）的静力屈曲

对钻柱的静力屈曲行为进行深入的研究，对于改善其工作状态，延长其工作寿命具有重要的意义。在以往的研究工作中，轴力沿钻柱长度变化的因素常常被忽略。本文为化的轴对钻柱屈曲的影响，得到了描述柱和屈曲的非线性微分方程。     

受压旋转钻柱非线性动力学与分叉研究

在水平井钻井过程中,钻柱由于受压很容易发生横向振动,引发钻柱失效、井眼扩径等严重事故。该文将受压柔性旋转钻柱简化为柔性旋转梁,将钻柱受到的复杂载荷简化到柔性旋转梁系统中,基于vonKarman理论建立了柔性钻柱的动力学方程,再利用Galerkin法离散偏微分方程,得到了钻柱的非线性控制方程,并且利用多尺度法得到了平均方程。运用非线性动力学的方法分析柔性旋转梁在共振情况下的复杂动力学响应,得出系统中钻柱旋转角速度对非线性动力学响应的变化规律。研究结果可为水平井钻井过程中减少钻柱失效、提高钻速和降低钻井成本提供参考。     

水平井眼中旋转钻柱运动特性的实验研究

根据相似原理,设计建造了水平井底部钻柱运动状态的模拟实验装置。利用该装置进行了水平井钻柱在不同钻压、转速条件下钻柱运动状态的模拟实验。实验结果表明：水平井底部钻柱在不同转速下表现出近似圆形摆动,“8”字形摆动和扁“8”字形摆动3种运动状态。随着转速的增加,钻柱的摆动由近似圆形摆动向“8”字形和扁“8”字形摆动转化;钻压和转速是影响水平井底部钻柱运动状态的2个重要因素。转速越高,越容易形成“8”字形摆动,增加钻压有利于底部钻柱“8”字形摆动的形成;水平井底部钻柱的运动范围始终处于井眼的中下偏右部。     

考虑应力波的轴心压杆冲击分岔屈曲研究

应力波传播对轴心压杆的冲击屈曲有显著影响,目前的相关研究大多未考虑应力波在杆件远端的反射,且认为轴向应力波在波阵面处为固定约束(波前固定)。该做法忽略了杆件无应力段及远端边界条件对杆件冲击屈曲的影响,从理论上看并不严密。对阶跃荷载作用下不同边界条件轴心压杆的动力分岔屈曲进行了分析,以更为合理的波前连续条件代替波前固定对问题进行了求解,得出了杆件弹性及弹塑性冲击分岔屈曲计算结果,获得了一些有价值的结论。     

考虑压缩效应的简支弹性杆受压屈曲的理论分析

用奇异性理论研究轴向压缩以及由之引起的横截面积扩大对弹性压杆屈曲的影响。新模型得到的屈曲临界压力大于经典欧拉模型所给之值,且新模型显示,在无量纲特征长度的三个不同取值区间中,弹性杆的一阶屈曲模态表现为三种不同的形式：#x0201c;超临界叉式分支#x0201d;、#x0201c;亚临界叉式分支#x0201d;和#x0201c;不存在#x0201d;。而在经典欧拉模型中,弹性杆的一阶屈曲模态总表现为#x0201c;超临界叉式分支#x0201d;。根据新模型,定性评价了现有实验数据,并通过算例分析,解释了传统材料制作的杆件在较短时将发生屈服破坏而非亚临界叉式分支屈曲的现象。     

基于有限元分析的直井中钻柱螺旋屈曲临界载荷定义

采用有限元法对直井中钻柱非线性屈曲控制微分方程进行了求解,力学模型中考虑了钻柱的重力,摒弃了传统分析中的无重力、等螺距和小位移假设,考察了不同边界条件对钻柱屈曲的影响。基于有限元分析的结果给出了钻柱非线性螺旋屈曲临界载荷定义,分析了位移高阶项在钻柱弯矩计算中的影响。分析表明,根据给出的定义确定的钻柱螺旋屈曲临界载荷与实验数据吻合,位移高阶项在弯矩计算中不可忽略。为石油钻采工程中钻柱螺旋屈曲临界载荷的预测提供了一种有效的方法。     

重力场对欧拉屈曲梁非线性吸振器分岔特征的影响研究EI北大核心CSCD

以欧拉屈曲梁构成的非线性吸振器为研究对象,针对不同的应用环境,分别建立有无重力条件对应非线性动力学模型并重点研究重力场对非线性系统分岔特征的影响。利用复变量-平均法推导出非线性系统的慢变方程,进而得到其对应的鞍结(saddle-node, SN)分岔以及霍普夫(Hopf)分岔边界。通过对比有无重力条件下的分岔边界发现,重力场使分岔边界受参数影响范围变大;进一步,在有重力场条件下,针对失谐参数和激励幅值对非线性系统分岔特征的影响展开讨论;最后,考虑重力场条件,针对欧拉屈曲梁非线性吸振器部分关键设计参数对系统分岔特征的影响进行了分析。计算结果发现:满足一定条件,SN分岔和Hopf分岔会有共存的情形;而且,频响幅值随激励幅值的变大而产生两个分支,随激励幅值继续增大,将使两个分支重合但多解区间并未消失且增大;欧拉屈曲梁长度和斜置倾角对分岔特性有较大影响,且变化规律相似,随着参数增大,SN分岔与Hopf分岔边界减小。     

旋转气流及货物对冷库流场影响的研究

本文建立了小型装配式冷库的三维物理模型和紊流数学模型,采用fluent模拟技术和标准模型对库内吊顶式冷风机以及冷库进行数值模拟,分析冷风机的旋转气流以及货物摆放对库内流场的综合影响情况。     

一类单自由度分段线性系统的分岔和混沌控制

研究了一类单自由度分段线性系统周期运动的分岔和混沌现象.首先求出系统的切换矩阵,应用Floquet理论分析了该系统周期运动发生倍化分岔的条件,然后建立Poincaré映射,通过数值方法进一步研究了系统中发生的倍化分岔现象.最后使用耦合反馈控制方法和外加恒定载荷控制方法对系统经倍化分岔序列通向混沌的运动状态有效地控制到不同的周期轨道.     

结构几何非线性分析中分叉失稳的直接求解

在导护型牛顿法求得分叉点和分叉点上失稳模态的基础上,该文提出一个分叉路径的求解算法。将解路径上的解视为解路径弧长的连续光滑函数,由结构平衡方程对解路径弧长的一阶导数建立起分叉方向满足的控制方程。由该控制方程知,分叉点上结构结点位移向量对解路径弧长的导数可分解为分叉点上失稳模态和控制方程特解的线性组合,从而将分叉方向的求...     

钻柱纵向和扭转振动分析

介绍钻柱的振动状态和产生振动的原因.针对钻柱的纵向振动,分别建立了力激励法和位移激励法的数学模型;计算结果表明,力激励法与位移激励法求得的消振转速相反,即力激励法的消振转速恰恰是位移激励法的共振转速,反之亦然;传统多以力激励为边界条件来研究钻柱纵向振动的频率响应,并指导现场消振作业的,这样给出的最佳消振转速,恰恰是共振转速;在钻井作业中,钻头的纵向跳动比纵向受力的变化要稳定得多,钻柱的动负荷比动位移重要得多,应该用位移激励法研究钻柱的纵向振动问题.针对钻柱的扭转振动问题,分别建立了扭矩激励法和转角激励法的钻柱扭转振动数学模型;证明用转角激励法来研究钻柱的扭转振动更符合实际.     

用牛顿－拉裴逊法分析环空大挠度钻柱问题

应用牛顿－拉裴逊法分析大挠度钻柱的受力变形，用罚函数法处理待定边界问题，用不同形式的单元描述同方程的不同参量。计算表明了井眼曲率对钻头侧向力的非线性效应。     

用牛顿－拉裴逊法分析环空大挠度钻柱问题

应用牛顿－拉裴逊法分析大挠度钻柱的受力变形，用罚函数法处理待定边界问题，用不同形式的单元描述同方程的不同参量。计算表明了井眼曲率对钻头侧向力的非线性效应。     

POST-COLLAPSE BIFURCATION ANALYSIS OF SHELLS OF REVOLUTION BY THE ACCUMULATED ARC-LENGTH METHOD

Shells of revolution subject to axisymmetric loads often fail by non-symmetric bifurcation buckling after non-linear axisymmetric deformations. A number of computer programmes have been developed in the past decades for these problems, but none of them is capable of bifurcation analysis on the descending branch of the primary load–deflection path following axisymmetric collapse/snap-through. This paper presents the first finite element formulation of post-collapse bifurcation analysis of axisymmetric shells in which a modified arc-length method, the accumulated arc-length method, is developed to effect a new automatic bifurcation solution procedure. Numerical examples are presented to demonstrate the validity and capability of the formulation as well as the practical importance of post-collapse bifurcation analysis. The accumulated arc-length method proposed here can also be applied to the post-collapse bifurcation analysis of other structural forms. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

超音速流中二维板的Hopf分叉

应用Hamilton变分原理建立了对边简支对边自由薄板在超音速流作用下的非线性动力学方程,其中几何非线性采用Von-Kaman几何非线性关系进行描述,气动力采用了活塞理论。然后用Galerkin方法将偏微分方程化为常微分方程,并利用Hopf分叉的代数判据得到了系统临界流速随初始载荷变化的表达式以及颤振频率随初始载荷与临界流速变化的表达式,最后用数值方法进行了验证。     

屈曲粘弹性倾斜矩形板的非线性振动分岔

根据屈曲粘弹性倾斜矩形板的非线性动力方程,采用Melnikov法及Galerkin原理研究了其在铅垂周期扰力作用下的非线性振动分岔。并讨论分析了倾斜角、长宽比、板厚等因素对屈曲粘弹性矩形板发生混沌运动区域的影响,得到了倾斜角、板厚的增加会使混沌运动区域减小,长宽比的增大会使混沌运动区域变大的重要结论。     

斜直井眼中转速对钻柱动力学特性的影响

针对钻柱和井壁之间的接触非线性特点,运用节点迭代有限元法计算钻柱的动态响应,研究了转速对钻柱动力学特性的影响,计算了钻柱涡动速度、涡动轨迹和横向加速度、纵向加速度。结果表明:钻柱和井壁之间碰撞频繁,过大的横向加速度、纵向加速度会使钻柱进入涡动状态甚至混沌运动状态,使钻柱产生较大的交变应力,导致钻柱的过早失效和井下测量工具的损坏。通过转速优化,可较大幅度地减弱钻柱的振动,降低钻柱的动态工作应力。该方法和结果对于工程实际具有指导意义,并为现场操作提供理论依据。     

空间杆系机构运动路径的多重分岔分析

运动分岔是杆系机构平衡路径分析的重要理论问题。基于按有限元法建立的杆系机构运动方程,对运动路径奇异点的多重分岔特征进行了讨论。对空间杆系机构的分岔条件进行了理论解释。面向多重分岔问题对常规的奇异点定位方法进行了改进。将与切线刚度矩阵特征向量相关的干扰力向量引入到弧长法中,以实现多重分岔路径的跟踪。以一个由Pantadome系统简化的空间杆系机构为例,对其顶升过程的运动路径进行了数值模拟,利用该文方法有效地实现了顶升过程的奇异点判别及多重分岔路径的跟踪。