车装全液压钻机桅杆模态分析及拓扑优化

车装全液压钻机具有自动化程度高、工艺适用范围广、机动性好及施工效率高等优点,因此被广泛应用于煤层气抽采井、水井等钻井施工。桅杆作为钻机的重要构件,支撑着动力头的回转钻进工作,桅杆工作振动的稳定性对钻机工作的可靠性具有十分重要的影响。通过对桅杆进行模态分析,明确了桅杆的固有频率和模态振型,结果表明桅杆可能发生共振现象;通过对桅杆进行拓扑优化分析,并且根据桅杆的实际功能,得到优化模型,静力分析和模态分析结果均表明优化效果显著,满足结构强度要求且避免了共振的发生。桅杆的有限元分析,为桅杆的结构设计提供了理论支撑,同时提供了一种现代机械结构设计方法,具有一定的参考意义。     

4000 m岩心钻机桅杆结构设计与有限元分析

桅杆是钻机的重要组成部分,本文对勘探技术研究所自主研制的4000米岩心钻机桅杆进行结构设计,在Solidworks中完成桅杆的建模,运用ANSYS Workbench对桅杆装配体进行有限元分析,完成对桅杆结构强度和刚度的校核,并对其进行模态分析,得到前10阶固有频率和振型,与激振源进行对比,分析发现第1阶、第2阶固有频率与钻机转盘和起升系统频率有重叠,可能会发生共振,通过调节钻机转盘和起升系统转速避免发生共振,振动时最大变形处变形量较小,说明桅杆结构设计合理,能够满足实际应用要求,具有一定的工程应用价值。     

抽水蓄能电站地下厂房围岩约束及结构振动特性分析

为了掌握抽水蓄能电站地下厂房结构围岩约束条件、振动特性及评价标准,采用电测法对国内某大型抽水蓄能电站地下厂房结构的模态和动力响应进行了有限元计算及现场振动测试与分析。根据上下游边墙与围岩之间不同的约束条件,建立了4种有限元模型。通过有限元模态计算结果与现场模态测试结果对比分析发现:抽水蓄能电站地下厂房结构进行有限元模态计算时,比较合理的计算条件为厂房边墙边界节点与围岩法向接触,法向共同变形,切向不约束;围岩变形模量按Ⅲ类围岩选取,取变形模量为10GPa,泊松比为0.25;混凝土弹性模量应按动弹性模量计算。通过地下厂房结构的动力响应测试发现:出现位移最大值的工况主要为发电开机或发电停机工况,说明发电开机和发电停机工况是抽水蓄能电站正常运行时地下厂房结构振动最不利工况,该电站发电开机和发电停机工况引起的振动对地下厂房围岩稳定并无影响,地下厂房围岩处于安全状态;厂房结构振动响应的频率主要是0.5、0.75、8.25 Hz等低频成分,这些低频分量可能是尾水管或蜗壳内水流脉动压力及机组基本转频或其倍频的频率成分,说明抽水蓄能电站地下厂房结构的振动响应主要是由水流脉动和机组转频所引起。通过对地下厂房结构进行安全评估分析,建议以0.2 mm和0.8 mm分别为抽水蓄能电站正常运行时地下厂房楼板在稳态工况和瞬态工况下的振动控制评价标准,该电站地下厂房结构的抗振性能基本满足安全要求。上述模态和动力响应的有限元计算及现场振动测试与分析结果,弥补了国内抽水蓄能电站地下厂房结构基于现场振动测试研究的不足,为抽水蓄能电站地下厂房结构抗振设计及振动安全评价提供了参考依据。     

极限状态法在深孔全液压岩心钻机桅杆结构系统设计计算中的应用

通过对岩心钻机稳定性因素的系统研究,总结出了钻机工作工况,为桅杆结构力学模型的建立打下基础。根据项目要求,桅杆的稳定性分析和优化建议为结构设计提供理论依据,本文是基于极限状态法对桅杆结构系统进行分析计算,将其作为本文的主体部分。最后,得出有实际意义的结论。     

深部地质钻探孔内钻杆动力响应特性研究

深部地质钻探时,钻杆受力条件复杂,振动形式多变且剧烈。为认识钻杆的动力学特征,减少钻杆失效风险,提高钻进效率,建立了仅考虑纵向振动和扭转振动耦合作用下的深部地质钻杆动力学分析模型,并推导了钻杆固有振动频率公式,在此基础上,借助ANSYS软件进行仿真分析。研究成果表明:在纵向(扭转)振动下,随着模态阶数的增加,钻杆的轴向(角)位移变化越来越复杂;随着模态阶数的增加,钻杆的固有频率呈现线性增加;在相同模态阶数条件下,随着深度的增加,固有频率逐渐降低,但其降幅逐渐减小;当激振频率与钻柱纵向(扭转)振动固有频率相近时,钻杆的轴向(角)位移达到极值。     

基于压电效应的随钻式能量回收装置设计

针对钻探领域中井下仪器的连续供电问题和钻杆纵向振动能量的回收问题，设计了一种基于正压电效应的新型随钻式能量回收装置。通过现场经验及地质调查报告，设计了装置的径向尺寸参数及压电片材料。基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立压电耦合模型，通过强迫振动分析得出压电片的长度范围及最佳安装位置；通过模态分析与频率响应研究，得到压电悬臂梁固有频率在到达拐点厚度之前随压电片厚度单调递增，峰值电压随压电片厚度增加呈区域性变化等规律，压电片厚度为1.2~1.4 mm时发电性能最佳，装置峰值电压为15~40 V。该设计为压电式能量回收装置应用于钻探领域的探索提供了理论支撑和设计参考。      

航空重力减振系统振动测试与分析

航空重力系统测量中,飞机发动机及机载环境引起的高频扰动将会严重影响航空重力系统的测量结果,而航空重力减振系统是有效解决高频振动的主要途径.因此,航空重力减振系统的减振效果,模态参数(固有频率、阻尼比和模态振型)是减振系统结构设计、评价的重要依据.笔者针对航空重力减振系统进行了多项振动试验,结果表明其固有频率避开了飞机发动机的周期振动频率,并且测点1在100 ～ 500 Hz高频中振动传递率在-18 ～-38dB,减振效果显著.     

钻探用泥浆泵曲轴的模态分析

利用有限元分析软件ANSYS在泥浆泵设计阶段对曲轴进行动态特性分析,研究模拟曲轴实际工况时的振动特性。设计了轴承刚度测试实验装置,用以模拟曲轴轴承支撑边界条件;建立了弹簧组轴系有限元模型,提取了系统前4阶固有频率和振型,为钻探用泥浆泵曲轴的设计和优化提供理论依据。      

希尔伯特-黄变换在层序地层划分中的应用——以琼东南盆地深水区为例

以琼东南盆地深水区中央峡谷黄流组一段和莺歌海组二段为例,分析希尔伯特-黄变换在层序地层划分中的应用效果。通过对自然伽马曲线进行经验模态分解,得到不同频率域的本征模态函数,根据这些本征模态函数的周期性振荡特征与各级层序界面之间建立的对应关系划分各级层序。结果表明:希尔伯特-黄变换适用于长期、中期和短期基准面旋回的划分,该方法为琼东南深水区的层序地层划分提供了一个重要的辅助手段。     

盾构隧道-土体接触耦合机制的模态特征分析

盾构隧道动力特征受隧道衬砌结构及壁后土体相互耦合作用影响,为了分析隧道-土体接触耦合机制,以上海地铁某区间盾构隧道为研究背景,采用Bucket搜索法通过分析节点接触和弹性地基接触两种不同类型接触耦合下隧道结构的模态特征,并将分析结果与地铁隧道现场动力实测提取的模态特征进行比较。结果表明：隧道结构受土体耦合约束作用,呈现低频特性,前10阶模态频率在0～100 Hz范围内,模态振型幅值在10?4 m的数量级上。弹性地基接触与实测提取模态特征误差较小,可用于隧道结构动力分析模型简化和理论研究,为隧道结构动力损伤识别提供依据。     

相混合计算法确定蒙脱石含量的对比研究

基于X射线粉晶衍射分析、化学成分分析数据,依据物质平衡原理,应用相混合计算法对陕西洋县、河南确山、内蒙古赤峰三地的膨润土进行了定量物相分析。根据电子探针微区分析所得蒙脱石晶粒化学成分数据,采用以阴离子为基准的氢当量法,计算了膨润土中蒙脱石的晶体化学式。应用CELLSR软件,计算得到膨润土中各主要矿物的晶胞参数。通过与传统的确定膨润土中蒙脱石含量的吸蓝量法和X射线衍射多相Rietveld分析法进行定量对比,结果表明,相混合计算法是确定多种矿物共生的膨润土中蒙脱石含量最有效的物相分析方法。尽管受不同分析方法的误差积累影响,但是由该法确定蒙脱石的含量仍能保证±20％的计算精度。     

冻结砂土在动荷载下的蠕变特征

通过分析不同试验条件下的蠕变过程曲线,探讨了冻结砂土在动荷载下的蠕变模型,分析了最大加载应力,温度及加载频率对冻土蠕变破坏应变,破坏时间和最小蠕变速率的影响.结果表明,当最大加载应力变大时,破坏应变增加,破坏时间缩短,最小蠕变速率变快;加载条件相同时,温度越低,破坏应变越小,破坏时间越长,最小蠕变速率越小;加载频率变化时,最小蠕变速率的变化无明显规律,都在一个量级范围内,当频率变大时,最小蠕变速率略有变小的趋势.频率增加,破坏时间缩短,破坏应变减小.频率小于7Hz时,频率对破坏应变和破坏时间影响较大,而当频率大于7Hz时,随频率加快,破坏时间和破坏应变只略有减小.     

指数函数剪切模量土层的地震随机反应

基于改进的一维剪切梁模型[1],对剪切模量为其深度的某一指数函数的成层非均质土层,推导了确定自振频率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式。首次证明了这种土层振型函数的正交性,利用随机振动理论,并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数：白噪声谱和过滤白噪声谱,研究了该土层对地震的随机动力响应问题。计算表明：(1)在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下,土层的最大期望反应,均有别于过滤白噪声谱时的相应值。(2)平稳输入与输出过高地估计了土层的随机响应。     

Modal mineralogy and chemical composition of the Uralide lower crust determined from physical properties data

Modeling of rock physical properties of the Uralide lower crust is carried out using the Physprops Excel worksheet, which calculates its P-wave (Vp), S-wave (Vs), Poisson's ratio (σ), and density (ρ). The mineral modal abundance and composition of mafic granulite, mafic garnet granulite, amphibolite, and gabbronorite is modeled, and the composition of each is determined by converting the aggregate mineralogy into wt.% oxides. The modeled wt.% oxide composition of mafic (+ garnet) granulite fit well with those estimated for post-Archean terrains, and all are within 1σ of the average of all lower crustal xenoliths. The modeled gabbronorite also shows a reasonable fit with these estimates. The modeled amphibolite compositions show variations in the wt.% SiO₂, FeO and MgO with respect to the estimates of mafic granulite and amphibolite. The differences in the composition across the Uralide lower crust are largely due to the presence or absence of garnet in the mafic granulite, which may be a result of higher temperatures having been reached in the interior part of the orogen.     

Counting error in petrographic point-count analysis: A theoretical and experimental study

The binomial model, commonly used to estimate counting error in point-count analysis, misestimates this error when the observation points on a grid are positively or negatively correlated. A model, called the cell model, is proposed as an alternative to the binomial model for use in studies, especially with coarse-grained rocks, in which such correlation is known or thought to exist. In the new model the thin section is conceptually partitioned into a number of cells (six is recommended), and the assumption is made that the proportions in the individual cells are statistically independent and that their variance does not differ from cell to cell. Empirical relations obtained from a suite of 200 thin sections of limestones are in reasonable support of the prediction that large particle size adversely affects counting error estimates based on the binomial model.     

The delesse relation in a concentrically zoned sphere. I. The section-number bias

Zonal areas of a randomly chosen section through a concentrically zoned sphere yield an estimate of the (volumetric) amount of the outer zone which is subject to a large positive bias that decreases rapidly with increase in the number of sections on which the estimate is based. It will not exceed 3% of the amount present if an analysis is based on as many as 8 sections and will be less than 1% if 32 sections are used.     

西藏达金海相碎屑岩的组成、地球化学特征及其构造背景

达金海相碎屑岩出露于西藏冈仁波齐峰山脚下,长期以来,该套岩石与冈底斯砾岩一起被视为印度-亚洲板块碰撞形成的陆相磨拉石.该套岩石组合是由凝灰质粉砂岩、杂砂岩、含砾杂砂岩和砾岩组成的一套深海-浅海相沉积组合.杂砂岩、砾岩碎屑组成与地球化学组成研究表明,该套岩石组合的形成与岛弧的发展密切相关,源区大地构造背景以岛弧为主,但也存在被动大陆边缘和碰撞构造带（蛇绿混杂带）两个不同构造背景的源区.区域上,在该套岩石组合的北侧存在着冈底斯岛弧带,南侧为雅鲁藏布蛇绿混杂带.这些特征共同表明,达金海相碎屑岩是西藏雅鲁藏布缝合带与冈底斯岛弧带之间的日喀则弧前盆地的一部分.