钻探机具的有限元分析

钻探机具由于其恶劣的工作环境和复杂的受力情况，应用有限元分析方法可实现它的数值模拟，且具有明显的优越性。运用ANSYS有限元软件对GQ－160型风动冲击器活塞的应力应变进行了分析，得出活塞的变形不影响工作，应力集中部位与实际情况相符合的分析结果，说明应用有限元法对钻探机具进行分析是准确可靠的。     

液动冲击器的性能分析

根据我们研制工作中的体会和有关文献资料介绍，对几种主要型式的液动冲击器测试结果进行初步分析对比，供参考。一、液动冲击器性能参数的测定冲击器各种性能参数的正确测定，对于研究和改进冲击器结构设计，提高冲击器的性能，对冲击器的应用以及研究冲锤和阀的运动规律等，可提供出有效的数据。测定冲击功多通过测定冲锤冲击时的速度（即末     

基于CFD的高能射流式液动冲击器活塞与缸体密封特性研究

通过计算流体动力学分析与实验室测试,对SC-86H型高能射流式液动冲击器活塞与缸体密封特性进行研究,分析了活塞密封段长度、环状间隙尺寸、活塞往复运动速度、角速度以及活塞外表面螺旋槽螺距与半径等参数对射流式冲击器前后腔之间泄漏量的影响。结果表明:活塞密封段长度、环状间隙尺寸、角速度以及活塞表面螺旋槽螺距均对射流式液动冲击器性能影响较小;活塞运动速度与泄漏量近似成正比例关系;随着活塞螺旋槽半径的增大,泄漏量会明显增大。活塞回程与冲程初期阶段,活塞运动速度较小,活塞处瞬时泄漏量占进入缸体前后腔流体流量的比例较大,使活塞无法快速加速运动,尤其是当活塞杆直径较大时,回程阶段泄漏量对活塞运动的影响更显著,导致冲击器工作性能大幅下降,甚至无法工作。     

液压光电测压计结构优化分析与试验研究

采用有限元法模拟计算了液压光电测压计传压盒的受力和变形情况,对传压盒的结构进行了优化分析。介绍了液压光电测压计的标定试验、模拟试验及其结果的分析处理,阐述了这种具有极大推广使用价值的发明专利产品的特性及适用范围。     

基于Ls-Dyna的高能射流式冲击器活塞杆回程应力分析

针对在钻探实践中高能射流式冲击器的活塞杆频繁出现尾部塑性变形严重影响冲击器工作性能和整体寿命的现象,拟对活塞杆进行优化改进。利用非线性动力学仿真软件Ls-Dyna对活塞杆的回程撞击缸体进行数值模拟和优化分析,并进行了室内试验,结果表明：冲击末速度为4 m/s,活塞杆回程撞击缸体强制停止运动瞬间,尾部产生的应力集中值为3 339.28 MPa,导致其破坏;优化改进后,活塞杆上下端直径比为17/16、尾部圆弧直径为60 mm,活塞杆体内的应力集中值为1 419.66 MPa,较改进前活塞杆的应力集中值减小58%。试验验证表明,优化后的活塞能大幅提高使用寿命和耐久性。     

射流元件损坏机理试验研究及分析

液动射流式冲击器在高压釜内进行模拟试验时发现其工作性能良好，展现了其良好的应用前景。而在石油钻井、大陆科学深钻等深孔钻进中应用液动射流式冲击器发现，射流元件寿命较低。故有必要对其破坏机理进行研究。在实验中采用对比的方法，发现在大泵量情况下射流元件工作室内出现水射流反射及脉冲现象。射流元件破坏主要由脉冲AWJ切割所造成。液动射流式冲击器用于深孔钻进时射流元件有必要对元件尺寸进行改进。     

双作用液动冲击器仿真电算数学模型

分析了双作用液动贯通式冲击器闭阀加速运动、自由行程和回程各阶段的受力情况，建立了相应的仿真电算数学模型。     

岩质高边坡稳定性有限元分析

在评价边坡稳定性方面，采用弹性本构模型的有限元法是一种值得信赖的方法，它在诸多方法中能简便的处理复杂情况下岩土体边界和地质条件。本文介绍了有限元法边坡稳定性分析基本原理，并结合具体针对玉环高边坡区域构造特征和边坡的工程地质特征，应用有限元法建立了有限元模型及选取参数，进行了稳定性分析，得出了位移圉、应力图、安全系数图，定量的揭示和模拟边坡破坏、变形的过程和机制，并对边坡加固进行了可行的论证和建议。     

某软土地区深基坑开挖数值模拟分析

以某软土地区深基坑开挖为背景,运用有限元方法计算模拟了基坑开挖的不同阶段,分析不同工况下基坑及周围土体的变形和受力情况,并对不同施工方式下基坑变形和受力进行了对比分析。数值分析表明软土地区深基坑开挖时,需采取相应的施工措施,控制基坑变形和受力,确保工程安全顺利进行。研究结论可为类似工程提供借鉴与参考。     

应力波法测试液动冲击器性能的研究

我国已研制成数种液动冲击器，并在地质勘探部门中应用，总进尺达50多万m，其经济效益表现为钻速提高15～70％，钻头寿命延长30％，回次长度增加25％，成本降低15～20％。但是对于冲击器冲击能量（冲击功）的测定，近几年虽然研究了许多方法，其中包括高速摄影以及用位移和速度传感器求算冲击功，这些方法精度低，故障率高，甚至破坏了冲击器的工作状态，不能为深入研究和设计冲击器提供可靠的数据，这是一个急待解决的问题。近年来，国际上已采用应力波法测试冲击器能量，根据国际标准建议草案，ISO/DP 2778我们研制了一套     

A direct method for interpreting magnetic anomalies—the case of a horizontal circular cylinder

A new method is introduced here to interpret the magnetic anomalies with special reference to vertical magnetic anomalies of a horizontal circular cylinder. The parameters of the cylinder are found to be related toV, ∂V/∂x and∂V/∂z at the origin of the cylinder. HereV is the observed anomaly,∂V/∂x and∂V/∂z are its horizontal and vertical derivatives respectively. The origin may be located working out an equality,viz.,3(∂V/∂z) ²=2V∂²V/∂z² which is true only at the origin. Thus, once the cylinder is located,V, ∂V/∂x and∂V/∂z at its origin can be determined and hence its parameters. The procedure is illustrated with a theoretical example.     

Approximate model for blunt objects indenting cohesive‐frictional materials

An approximate two‐dimensional model for indentation of blunt objects into various types of rigid‐perfectly plastic cohesive‐frictional material is derived. Particular emphasis is placed on considering indentation as a process involving evolution of the boundary of material displaced by the indenter. Force–penetration relationships are obtained by an incremental approach utilizing key kinematic and static information from indentation of a flat punch. Albeit approximate, the proposed model applies to arbitrary indenter geometry and weightless or ponderable cohesive‐frictional materials exhibiting associated or non‐associated plastic flow. Two specific indenter geometries, the cylinder and blunt wedge, are explored in detail. Favorable agreement is found between the analytic results and those obtained using the finite element method (FEM). For both the wedge and cylinder, it is further shown that accurate analytic expressions relating indentation force explicitly to penetration can be derived. In the case of the wedge and weightless material, predictions of indentation force obtained from the derived expressions are very close to those computed from implicit equations available in the literature. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

侧装式弯曲元高压冻融试验装置研制与初步应用北大核心CSCD

研究深土冻融过程的声波响应特性,对于声波技术应用于深厚表土层人工冻结工程有重要意义。深土原位冻融始终处于高地应力环境下,但目前声波测试装置尚不具备高压冻融条件下的测试功能。为此本文结合弯曲元测试技术,研制了侧装式弯曲元高压冻融试验装置,以了解高应力条件下深土冻融过程的剪切波速。该试验装置主要由试样承压舱、加载系统、控温系统、数据采集系统和弯曲元测试系统构成。系统核心单元——试样承压舱采用双层筒结构,内筒为聚四氟乙烯筒,外筒为钢筒,弯曲元探头设置于内层筒侧壁。通过数值计算确定内筒壁厚8mm,外筒壁厚15mm,该结构可满足高应力下承压舱的抗变形、隔热和隔振要求。利用弯曲元测试系统研究了声波走时确定方法,以及激励波形和频率等测试参数。根据测试结果,本试验条件下声波走时采用初达波法确定,激励波形采用方波,高密度冻土和未冻土的激励频率分别选择4kHz和5kHz。最后,利用该装置测试了有载条件下深部黏土不同负温下的剪切波速,初步验证了装置的适用性。     

横观各向同性软土地基上大圆筒防波堤稳定性研究

对于横观各向同性软土地基上沉入式大圆筒防波堤结构提出了一种准三维上限极限分析方法,所假设的破坏机制为大圆筒结构绕筒体内中轴线上某点发生转动失稳,泥面处形成楔体破坏,而筒底部形成圆弧滑裂面。本方法可以考虑土的三轴压缩、拉伸强度与直剪强度的差异。利用ABAQUS分别进行平面应变以及三维有限元分析,软土采用Hill本构模型,所得到的破坏模式以及大圆筒结构水平承载力与上限极限分析方法吻合较好,同时可以得出考虑地基土各向异性的大圆筒结构承载力比不考虑时有较大降低。     

基于模糊粒子群算法的钻杆运移装置控制系统研究

在大直径救援井施工起下钻作业中,钻杆运移装置用于大直径钻具输送及钻柱接续。针对钻杆运移装置定位过程中钻杆易产生振动,难以快速、准确地将钻杆举升至动力头翘起角度进行对扣的问题。首先分析了钻杆运移装置的结构特点和工作原理,利用结构关系推导了钻杆举升时的运动学模型,得出钻杆末端接头与举升油缸和运移小车运动规律的映射关系,并采用有限元方法建立了钻杆举升时的动载受力模型,得出了钻杆末端接头的振动加速度主要由举升油缸和运移小车的工作速度所决定,且各部件的工作速度主要由各自的输入流量所确定;其次引入了基于模糊粒子群优化算法的综合误差评价函数,将钻杆末端接头的转角误差和位姿误差作为输入信号,采用加权法进行计算出综合误差和加速度误差,利用梯形隶属度函数构造了模糊控制规则,得出综合误差、加速度误差与比例参数、积分参数、微分参数之间关系,完成PID的控制参数调节,实现了对钻杆末端接头的主动抑振控制;最后利用MATLAB软件搭建了数值仿真模型,以某次钻杆运移装置工作时测量数据信号为例进行仿真研究,系统综合误差只需0.9 s可将振幅衰减至峰值的10%以下,同时加速度误差仅为0.05 mm/s²     

倒T型导管墙桩基防波堤稳定性简化计算方法

倒T型导管墙桩基防波堤是一种重力式和桩基式混合而成的新型防波堤,具有复杂的承载机制和破坏模式。建立倒T型导管墙桩基防波堤稳定性分析的三维弹塑性有限元模型,分析极限状态下结构的位移场分布,得出其失稳模式为绕底板下且偏离桩基轴线一定距离的某点发生转动失稳。结合有限元法和极限平衡法,建立该新型防波堤的抗滑稳定性、抗倾稳定性计算的简化方法。与有限元计算结果的比较表明,建立的简化计算方法是可靠的。     

带横隔板圆柱绕流特性数值模拟

为揭示尾迹区添加横隔板对圆柱绕流流场特性影响,把多步格式引入到特征线算子分裂有限元法中,建立了基于多步格式的特征线算子分裂有限元法:在每个时间步内将Navier-Stokes方程分裂成对流项和扩散项,对流项时间离散采用多步格式,在每一子时间步内沿特征线展开并显式求解。方腔流数值模拟结果表明该算法既可降低对整体时间步长的要求又可提高计算精度。对比有无横隔板圆柱绕流流场和圆柱表面压力变化表明,横隔板可以有效地抑制绕流尾迹区涡旋脱落,提高圆柱背流面压力,减少圆柱上下表面的压力差。     

三维复杂域非结构化六面体网格全自动生成方法

使用自适应有限单元法在三维复杂域内求解水工及岩土工程问题,讨论了应用行波法在多介质三维复杂块体内六面体单元网格的自动生成过程。其特点是对不规则区域具有较强的适应性,并考虑了节理单元的自动生成。     

ZT-TG500推管机的研制

介绍了ZT-TG500型推管机的参数、工作原理、主要结构构成及其功能、关键技术、用途。推管机在非开挖施工过程中,对非开挖设备起到了辅助的作用,能够“营救”施工中卡死的管线,也可以协助非开挖设备推动管线前进,保证工程的成功。该推管机采用电液比例控制技术,能够实现零到最大无级调速,给施工带来了很多的益处;卡瓦橡胶硫化涂覆技术,保证了卡瓦夹紧时不损坏钢管表面的防腐层,同时保证了足够的夹持力而不打滑;双油缸同步防扭技术,采用滑动导轨与大型分流阀的机液控制方法,来实现油缸的零阻力,使油缸的推力能有效地应用到工程中。通过青州水管铺设与穿越松花江的自来水管铺设的现场应用,取得了良好的效果。