自升式钻井平台锁紧机构设计与力学行为分析

自升式钻井平台广泛采用蜗轮蜗杆驱动的齿形楔块锁紧系统,国内外对钻井平台齿轮齿条升降系统稳定性研究较多,但对其锁紧后齿条的应力应变研究相对较少。为满足钻井平台齿形楔块式锁紧系统锁紧方案要求,设计出一种异形蜗轮蜗杆锁紧单元。在锁紧状态下对锁紧系统进行力学分析,得出平台转移载荷,并运用ANSYS对齿面接触做有限元分析,结果与变形协调方程所求应变趋势基本一致,与实际情况相符,同时证明锁紧齿条块变形量呈指数增长。利用Pro/E对锁紧系统建模,导入ADAMS对锁紧系统进行运动分析,结果表明其传动平稳,同步性好,冲击载荷小。研究结果可为齿形楔块式锁紧系统设计提供参考依据。     

构造煤孔隙压缩性研究

利用分形理论和压汞实验中进汞量与进汞压力的双对数曲线,得出计算孔隙压缩系数的各种参数,最后求得构造煤的孔隙压缩系数βp随压力变化的数值;结果表明,构造煤的孔隙压缩系数随着煤样构造变形强度的增加而减小,即低的变形强度对应于高的压缩系数。     

复合冲击频率配合特性模拟研究

目前,对于传统的轴向冲击破岩和扭力冲击破岩机理的研究较多,而复合冲击钻井破岩机理的研究正处于起步阶段,且现有的研究成果极少。鉴于此,利用ABAQUS动力学冲击模块计算平台建立了PDC钻头单齿-岩石相互作用的动力冲击数值模型,考虑切削齿在钻压、转速、交变冲击扭矩和交变轴向冲击力等多个载荷的共同作用下,分析了复合冲击破岩方式、轴向冲击和扭向冲击频率配合方式、钻压等几个因素对复合冲击破岩效果的影响。研究结果表明:岩石单元内部拉应力与压应力破坏区域交替分布;冲击条件相同,且在轴向冲击频率为扭向冲击频率的1/2时,岩石破碎效率最高;如果冲击频率太小,而不能及时有效地破碎钻遇岩石,即发生黏滑振动;如果冲击频率太大,载荷作用时间太短,则破岩过程中冲击能量无法及时分配,冲击力微弱,因此,复合冲击频率配合数量关系存在一个冲击频率极值。复合冲击钻井技术破岩机理的研究为新型钻井工具的进一步开发和优化改进奠定了理论基础。     

大倾角综放采场矿压显现规律数值模拟分析

以大远煤矿1201大倾角工作面为工程背景,建立大倾角工作面矿压显现特征分析的沿倾向分段模型,并利用FLAC3D数值分析软件对工作面倾向上部、中部、下部不同推进距离下超前支承压分布和塑性区破坏范围进行模拟分析。结果表明:工作面倾向上部、中部、下部超前支承压力峰值强度分别为7.55、7.75、7.21 MPa,峰值距煤壁距离分别为23、25、20 m,影响范围分别为60~65 m、65~70 m、55~60 m。     

组合式闸板胶芯性能的正交试验和回归分析

带压作业的闸板防喷器胶芯密封结构多采用组合密封,橡胶基体和耐磨块的材料特性同时影响胶芯的密封性能。为了分析闸板胶芯的材料参数对其密封性能的影响,选择胶芯密封面上的有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度作为密封性能的评估指标,基于正交试验法分析影响闸板防喷器胶芯密封性能的主次因素及规律,建立了材料参数与有效应力之间的多元完全二次非线性回归模型,并分析了各参数的交互作用。分析结果表明:各因素对密封面上有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度的敏感性大小顺序为操作压力>耐磨块弹性模量>橡胶基体硬度>耐磨块泊松比;建立的多元回归模型的拟合剩余标准差分别为0. 513 0和0. 314 1,可以用该模型精确地分析材料参数与胶芯密封性能的关系;组合式闸板防喷器胶芯耐磨块最佳弹性模量为700～800 MPa,泊松比为0. 40～0. 47。所得结果可为组合式闸板防喷器胶芯的材料参数设计提供依据。     

轮轨高频动力作用模拟中接触模型的影响分析

轮轨高频动力分析模型目前多沿用了传统的赫兹接触模型,其在高速轮轨系统上的适用性尚未得到验证。针对赫兹接触工况,建立基于多体动力学的车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型,其中轮轨法向接触由赫兹弹簧表征,作为对比也建立基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用可考虑三维接触几何的"面-面"接触算法精确求解轮轨接触。对比150～500km/h速度范围内典型钢轨短波波磨(波长20～140mm、波深0.01～0.20mm)激励下的高频轮轨力结果,发现三种模型预测的幅值存在显著差异,但未发生轮轨脱离时(波磨尚浅),三种模型预测的幅值均与波深线性正相关。具体而言,相较于瞬态滚动接触模型,车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型预测的垂向轮轨力更大,其特征幅值的最大差值分别为静轮重的39.2%和88.4%,三种模型预测波长30mm波磨的临界波深(恰好发生轮轨脱离)相应地高于0.2mm、0.14mm和0.05mm。开展高速、高频轮轨动力分析时,传统的赫兹接触弹簧会带来不可忽略的计算误差。     

矩量法-物理光学混合算法计算多尺度复合目标电磁散射场

基于电流的矩量法（method of moments，MoM）和物理光学法（physical optics，PO）的混合算法是目前求解电中尺度和多尺度目标电磁散射和辐射的主要方法，在计算MoM区和PO区的耦合作用时需要对PO区域进行亮区判断.传统纯CPU亮区判断方法时间复杂度为O（N2），时间消耗随着面片数量N增加而急剧增大.文中通过GPU渲染功能及对深度缓冲区（zbuffer）的利用，对PO亮区判断过程进行加速，亮区消耗时间与面片数量无直接联系，在面片数量达到105数量级以上加速优势明显.将加速的MoM-PO混合方法应用于复杂目标与粗糙面的组合情况，对比多层快速多级子（multi level fastmultipole method，MLFMA）方法，相比于纯PO方法，获得较高的精度.相比于单一算法，混合算法有明显优势.