基于区域分解法的梁单元钻柱非线性动力学分析方法的研究

发布时间：2021-03-16 05:26

　　由于潜孔锤钻进效率高、钻进成本低、成孔质量高等优点,潜孔锤钻进技术被广泛应用于水文地质、石油钻井及矿产开采等钻探作业中;但在实际钻探中,潜孔锤钻柱的耦合振动、大变形屈曲和接触等问题会造成钻具大的磨损和弯折破坏,其中涉及到许多复杂的非线性动力学问题仍然没有得到很好的解决。通过查阅国内外资料,详细了解潜孔锤发展现状、钻柱耦合振动、钻柱大变形屈曲、钻柱井壁接触等理论,创新性的采用分解法建立空间梁单元钻柱耦合振动能量模型,进行钻柱的耦合振动模态分析,基于非线性有限单元法建立梁单元钻柱大变形的能量模型,进行钻柱大变形屈曲模型的初步方法研究,利用Hertz理论创新性的建立钻柱井壁的椭圆曲面Hertz接触模型,具体内容如下:一、钻柱顶端和底端分别作用提吊力和轴向冲击力,当冲击钻进硬岩时,钻柱轴向受载失衡,造成钻柱的非线性大变形屈曲,引发钻柱井壁碰撞接触。根据钻柱井壁接触的实际屈曲状态,建立了弯曲钻柱外表面的正弦素线方程,分析弯曲钻柱与井壁之间的接触轮廓,创新性的建立钻柱井壁的圆柱内弯曲椭圆曲面接触模型,分析了实际钻探中正弦屈曲状态下的钻柱井壁接触力,研究浸入深度、钻探参数及钻柱屈曲状态与接触力的关系... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 研究现状及存在问题
        1.2.1 钻柱非线性耦合振动研究现状
        1.2.2 钻柱大变形屈曲及接触研究现状
        1.2.3 存在问题
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究思路
第二章 钻柱与井壁屈曲接触分析
    2.1 引言
    2.2 常见的钻柱井壁接触模型
        2.2.1 钻柱井壁线性接触
        2.2.2 两圆球内接触模型
    2.3 钻柱井壁Hertz接触分析
        2.3.1 钻柱井壁Hertz接触
        2.3.2 钻柱坐标系与几何关系
        2.3.3 钻柱井壁接触力建模分析
        2.3.4 螺旋屈曲钻柱与井壁接触
    2.4 不同接触模型中的接触力对比
    2.5 本章小结
第三章 梁单元钻柱的耦合振动分析
    3.1 引言
    3.2 平面梁理论
    3.3 空间梁单元理论
        3.3.1 空间梁单元位移场
        3.3.2 空间梁单元几何方程
        3.3.3 结合空间梁理论,做出钻柱的基本假设
        3.3.4 基于区域分解法建立空间梁单元钻柱耦合振动能量模型
    3.4 空间梁单元钻柱振动的动力学方程求解
    3.5 梁单元钻柱耦合振动模态分析
    3.6 本章小结
第四章 梁单元钻柱大变形方法的初步研究
    4.1 引言
    4.2 基于空间梁理论,做出钻柱基本假设
        4.2.1 钻柱坐标系与几何关系
        4.2.2 空间梁单元位移场函数
        4.2.3 空间梁单元位大变形几何方程
        4.2.4 梁单元钻柱大变形能量泛函建模
    4.3 梁单元钻柱大变形的动力学方程的求解
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
硕士学位期间参与项目
附录 钻柱耦合振动模态频率对比图（模态频率单位:Hz）



本文编号：3085491