大直径冲击反循环钻头疲劳寿命数值模拟
[Abstract]:Large diameter impact reverse circulation drilling rig is a kind of large engineering machinery used for drilling holes. At present, it is widely used in large buildings, bridges and other engineering processes, but the bits used with it are subjected to continuous impact loads for a long time. The breakage of structural parts and the cracking of welds occur from time to time, which leads to the extremely low service life of the bit. Therefore, it is necessary to study the fatigue failure and predict the fatigue life of the bit. This paper mainly takes YCJF-25 type impact reverse circulation bit as the research object, carries on the modal analysis to the bit, obtains the bit first several vibration modes, as well as the bit natural frequency, indicates that the drill rig will not be damaged by resonance. The explicit dynamics in ANSYS Workbench is used to simulate the impact process of bit under different working conditions. The stress of bit during operation is analyzed, and the impact parameters are obtained. The influence of formation condition and bit bias load on bit stress distribution. The analysis shows that with the increase of the impact height, the stress of the bit during the impact process increases gradually, and the stress value increases with the hardening of the formation. In any case, the stress on the drill inner ring 3 and its impact stepped surface is always the largest, followed by the inner ring 2, and the stress concentration on the end face of the bit in contact with the formation is caused by the bias load, which makes the stress greater than that of the bit under normal working conditions. The impact force during bit impact is calculated, and the fatigue life of bit under normal working and biasing load is evaluated by ANSYS nCode Design Life fatigue analysis software. The fatigue life of drill bit and the dangerous point of fatigue failure are obtained. Under normal working conditions, the prediction of bit fatigue life is 8.39 脳 10 ~ 5, and the bit fatigue life under biased load decreases to 1/7. Furthermore, the influence of impact frequency on bit fatigue life is studied. The analysis shows that the drill bit life is reduced by two orders of magnitude when the impact frequency is doubled, which greatly reduces the life span and verifies the reasonableness of the drilling rig's working frequency. Based on the analysis results, the optimization analysis of the original bit is carried out from the aspects of material and stiffening plate arrangement. The material of drill inner ring 2n3 is changed from Q235 to Q345, and the fatigue life of the bit is increased to 1.2 times as long as the original one. The whole material of the bit is changed to Q345 and the fatigue life of the drill is increased to 2.1 times of the original, and the fatigue life of the bit is increased to 3.3 times by applying the stiffening plate, which provides a theoretical basis for the further improvement of the large-diameter impact reverse circulation bit.
【学位授予单位】:山东建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU631
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