圆筒内旋转细长梁振动分析及实验研究

发布时间：2020-05-07 05:10

【摘要】： 圆筒内旋转细长梁问题来源于石油钻采工程中,开展这项研究对石油钻采工程中的抽油杆柱和钻柱的结构优化设计、工艺参数优选等技术发展具有重要意义。本文采用数值模拟和实验相结合的方法,对旋转细长梁进行振动分析及实验研究。首先,建立了旋转细长梁模拟实验装置,进行了细长梁振动实验和旋转实验。在细长梁振动实验中,加速度改变不大,而轴向激振力明显减小。在细长梁旋转实验中,转速愈高,扭转振动愈强烈,细长梁的运动轨迹范围逐渐扩大,接触碰撞点也在逐渐的增多。其次,考虑接触非线性特性,建立了旋转细长梁动力学三维有限元分析模型,采用Newmark积分法,建立了旋转细长梁动力学分析方法。根据理论方法,编制了瞬态动力学分析软件,研究了细长比、轴向力和积分常数三个因素对细长梁横向位移的影响,随着细长比的减小,细长梁两端的节点位移的起始时间滞后;轴向力为0的横向位移幅值比轴向力200N的横向位移幅值小;随着积分常数的增大,横向位移幅值相对减小。再次,对旋转细长梁动力学三维有限元分析模型进行了模态分析、瞬态动力学分析,在转速为100r/min情况下,数值计算结果和实验结果进行了比较,轨迹、周期、位移吻合较好,验证了理论方法的正确性。最后,将圆筒内旋转细长梁动力学分析方法应用到钻井工程中,科学的描述钻柱的受力变形,为钻采管柱力学的发展提供了理论依据。
【图文】：

器 3-功率放大器 4-信号发生器 5-位移传感器 6-外筒 7-细长梁 8-固定支轳 13-压力表 14-泵 15-水箱 16-电动机 17-数据采集系统 18-计算机 19-模图 1.1 圆筒内旋转细长梁实验装置简图透明有机玻璃管，外径为 80mm，内径为 50mm，高度，外径为 27mm，内径为 21mm，总长度为 20.7m。圆置划分为 5 大系统：悬挂系统、旋转系统、细长梁系统、系统组成，可实现细长梁的上提、下放、旋转等动作，碰撞接触力以及细长梁底部的轴向力、细长梁顶端的加通过变频机能够控制细长梁的转速、底部的激振器在细，上端电机通过皮带轮驱动内细长梁产生不同转速的旋、16.35m 四个测点通过位移传感器测定 x、y 方向的横触力，旋转系统的顶端位移传感器测量旋转系统的加速

(a)悬挂系统 (b)旋转驱动系统 (c)井底模拟系统图 1.2 模拟实验装置主要系统部件图悬挂系统由提环、悬挂体、轴承等部分组成，如图 1.2(a)所示，上接钢丝绳，下联转系统，其作用相当于大钩，通过上提、下放细长梁来调节初始轴向力的大小。
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH113.1

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本文编号：2652489