震击器震击时的纵向冲击特性

发布时间：2019-09-16 12:48

【摘要】：基于波动方程建立震击器震击作业过程中的震击碰撞纵向冲击振动模型,并结合震击器工作时的特殊边界条件和初始条件,推导出震击器作业时下部钻杆在上部钻杆冲击作用下的位移、应力、速度分布的解析表达式,并由此得到了碰撞过程的冲击持续时间。最后结合油田施工现场的实际工作情况,运用ANSYS仿真模拟碰击过程中下部钻杆在纵向冲击作用下的各种响应,与上述理论推导的解析解相对比,结果表明两者匹配良好,由此验证解析解的可靠性。
【图文】：

276应用力学学报第34卷2震击器工作的冲击模型震击器工作时纵向冲击碰撞模型图如图1所示，上部钻杆(杆2)以速度v冲击下部钻杆(杆1)，本文忽略冲击时过程中的液压力、接头影响和材料的阻尼等因素，建立如图1所示的坐标系。其中x表示波动位移，L为下部钻杆总长。图1震击碰撞动力模型图Fig.1Diagramofshockimpactdynamicmodeldiagram由以上模型及文献[10]建立弹性杆之间碰撞的控制方程为()()2222ux,tux,tAEAtxρ=(1)碰撞后的边界条件为u(L，t)=0(2)()()2200,,xxuxtuxtAEMxt=

。震击器安装距离卡点353m。由于在碰撞过程中杆2不是全部动量作用于杆1，运用瑞利法取当量质量(即杆2的1/3)，且杆1是加重钻杆和钻铤的组合，杆2为普通钻杆，所以质量比α大致等于0.5，根据震击器动力学的分析[12-13]可以算出碰击速度大约为3.5m/s,钻杆冲击长度L=353m，波在钻杆中的传播速度为5167m/s。仿真碰撞仿真实例也很多，文献[14-15]模拟了船与FRP浮箱的碰撞数值仿真和高速列车的碰撞模型，，本例将震击器内部简化，将其心轴部分和上部钻杆结合在一起，外筒部分和下部钻杆结合在一起，模拟碰撞过程，建立如图2的模型。图2震击碰撞有限元模型Fig.2Shockimpactfiniteelementmodel基于ANSYSWORKBENCH中LS-DYNA模块对该过程进行模拟，采用系统默认单元类型，对模型进行六面体网格划分，共得到15329个单元，将杆2设置为刚性，在接触时设置为对称接触行为，对杆1的下端设置为FixedSupport，对杆2设置速度为3.5m/s，用仿真分析得出几个特殊时间部位的应力和速度，将特殊时间部位等参数代入文中第5节解析解相应的分段公式，将两者的值对比绘制成如图3~图8所示。由图3~图8可以看出：速度与应力变化比较符合现场的实际情况，证明本文的推导公式的可靠性；同时可以看出某些时刻存在应力和速度的突变情况，这些与初始条件式(4)、式(5)相吻合，因为在应力波传播到此处时由于瞬时冲击发生的突然跳跃变化。图3t=L/c时的应力分布图Fig.3t=L/cwhenthestresspattern
【作者单位】： 西南石油大学机电工程学院;
【分类号】：TE927

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本文编号：2536194