当前位置:主页 > 科技论文 > 建筑工程论文 >

大直径冲击反循环钻头疲劳寿命数值模拟

发布时间:2018-08-25 08:00
【摘要】:大直径冲击反循环钻机是一种用于钻孔的大型工程机械,目前被广泛应用在大型建筑物、桥梁等工程作业过程中,但与其配套使用的钻头因为长期遭受连续的冲击载荷作用,结构件断裂、焊缝开裂等现象时有发生,导致钻头使用寿命极低,因此对钻头进行疲劳破坏研究及疲劳寿命的预测十分必要。本文主要以YCJF-25型冲击反循环钻头为研究对象,对钻头进行了模态分析,获得了钻头的前几阶振型,以及钻头的固有频率,表明钻机不会因共振而产生破坏。采用ANSYS Workbench中的显式动力学模拟了钻头在不同工况下的冲击过程,对钻头在工作过程中的受力情况进行了分析,得到了钻头冲击过程中冲击参数、地层工况及钻头偏载对钻头应力分布的影响关系。分析表明,随着冲击高度的增加,钻头冲击过程所受应力逐渐增大,随着地层的变硬,应力值同样会变大。不论何种情况,钻头内圈3及其冲击阶梯面所受应力总是最大,内圈2次之;偏载导致与地层交界处接触的钻头端面应力集中,使所受应力大于正常工作条件下钻头所受应力。对钻头冲击过程中的冲击力进行了计算,利用ANSYS nCode Design Life疲劳分析软件分别对钻头在正常工作和偏载两种状态下的疲劳寿命进行了评估,获得了钻头的疲劳寿命和疲劳破坏的危险点。正常工作条件下钻头疲劳寿命预测为8.39×105,偏载状态下钻头疲劳寿命降低到原来的七分之一。进而研究了冲击频率对钻头疲劳寿命的影响。分析表明,冲击频率增加一倍的情况下,钻头寿命降低两个数量级,大大降低了寿命,验证了钻机工作频率的合理性。根据分析结果,从材料和施加筋板布置两个方面入手,对原有钻头进行了优化分析,钻头内圈2、3材料由Q235改为Q345使钻头疲劳寿命提高到原来的1.2倍,钻头整体材料全部改为Q345后疲劳寿命提高到原来的2.1倍,施加筋板使钻头疲劳寿命提高到原来的3.3倍,为大直径冲击反循环钻头的进一步改进提供了理论依据。
[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

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 Jlsullivan;斯顺泉;;在复合应力下的疲劳寿命[J];四川机械;1981年01期

2 郑修麟;;过载——延长疲劳寿命的有效方法[J];机械强度;1982年02期

3 ;提高汽车用弹簧钢疲劳寿命的研究[J];北京钢铁学院学报;1987年S3期

4 M.E.M.EL-SAYED;E.H.LUND;连奋忠;;考虑疲劳寿命制约的结构优化[J];国外导弹与航天运载器;1992年08期

5 邓小禾,赵永红;航空发动机压气机叶片疲劳寿命的研究[J];新疆工学院学报;2000年03期

6 濮进;长寿命区疲劳寿命概率分布[J];机械强度;2001年01期

7 邹嵘,倪侃,张圣坤;疲劳寿命的随机-模糊估计方法[J];船舶力学;2001年05期

8 章向明;陈礼威;杨少红;许陆文;;含裂纹钢板复合材料修补疲劳寿命数值分析[J];海军工程大学学报;2008年04期

9 卢明章;赵海军;崔明芳;;模糊疲劳寿命均值及其隶属函数研究[J];机械强度;2010年04期

10 夏念国;王钊;;某型飞机单机寿命监控技术研究[J];新技术新工艺;2011年09期

相关会议论文 前10条

1 乔扬;陈海波;;高频噪声激励的结构声振疲劳寿命预报[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

2 王茜;高建岭;张宏涛;;复合材料修复含裂纹管道的疲劳寿命估计方法[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年

3 刘志远;杨庆生;;有缺陷的薄壁圆筒疲劳数值模拟[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年

4 张伟;卢芳云;杨凯;魏东;;飞机结构损伤光固化复合材料疲劳寿命研究[A];第四届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2006年

5 李辉;王佰超;张大舜;姜合萍;;扭力轴疲劳寿命影响因素分析[A];全国先进制造技术高层论坛暨第八届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2009年

6 张蕾;陈群志;宋恩鹏;;预腐蚀对某型飞机42框横梁疲劳寿命的影响[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(二)[C];2007年

7 王逾涯;张蕾;陈群志;崔常京;;带孔钛合金壁板模拟件疲劳寿命研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

8 冀亚锋;张宏;毕宗岳;鲜林云;曹艳彬;王娣;王丽;;连续管井口疲劳寿命预测方法研究[A];2011年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2011年

9 马常亮;朱亲强;张宪政;王波;;铆钉边距对搭接件疲劳寿命的影响[A];2013年中国航空学会结构强度专业学术交流会论文集[C];2013年

10 赵思聪;谢季佳;武晓雷;;表层梯度硬化材料的接触疲劳模型分析[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

相关重要报纸文章 前2条

1 重庆大学 龚士弘 盛光敏;震区用钢知识问答[N];中国冶金报;2002年

2 林立恒;阀门弹簧用线材特点[N];世界金属导报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 石燕栋;铝合金点焊接头疲劳性能与寿命预测方法研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 段小成;变幅载荷下橡胶隔振器高温疲劳试验与建模方法研究[D];华南理工大学;2016年

3 伍希志;CFRP修复裂纹钢板的粘接和疲劳性能研究[D];湖南大学;2016年

4 奚蔚;缺口件疲劳寿命分布及参数敏度分析[D];南京航空航天大学;2012年

5 蔡福海;起重机桁架臂疲劳寿命与可靠性研究[D];大连理工大学;2014年

6 闫晓亮;高速滚动轴承的混合润滑性能及疲劳寿命研究[D];北京理工大学;2014年

7 段红燕;不同载荷下缺口参数对轴类零件低周疲劳寿命的影响[D];兰州理工大学;2009年

8 郑淳;基于断裂力学的公路钢桥疲劳寿命可靠度方法研究[D];华南理工大学;2013年

9 弯艳玲;蜻蜓翅翼三维空间结构的动力学与疲劳寿命研究[D];吉林大学;2010年

10 肖建清;循环荷载作用下岩石疲劳特性的理论与实验研究[D];中南大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 王聪;钢桁梁斜腹杆过焊孔细节的疲劳性能与疲劳寿命评估[D];西南交通大学;2015年

2 牟星s,

本文编号:2202267


资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/2202267.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户d5c14***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com