扭转振动骨钻切削参数与钻削力的试验研究

在骨科矫形固定手术的骨钻孔过程中会产生大量切削热,一旦温度超过47℃可导致不可逆转的骨坏死,从而影响骨愈合。同时手术钻削效果对于提高手术质量,减轻病人出血至关重要。应用低频振动骨钻,测定了主轴转速、进给速度和激振频率对钻孔力学参数、钻孔温度以及表面加工和质量的影响关系。实验表明:随着激振频率的增加,轴向力、扭矩和温度都逐渐减小,引入低频振动,可以在较小切削力下高效地钻孔,从而有效降低钻孔温度,获得较好表面质量。     

基于叶轮转子系统下的干气密封轴向振动分析*

为探究基于叶轮转子系统下干气密封轴向振动特性,基于干气密封结构特性,建立叶轮转子-轴承-干气密封系统轴向振动模型,采用待定系数法进行求解,推导得出静环轴向振动幅值表达式;建立叶轮转子-轴承-干气密封系统几何模型,运用ANSYS Workbench软件进行模拟仿真计算,分析气膜刚度和激振力对轴向振动的影响。结果表明:气膜刚度对动、静环振动幅值的影响不大;动、静环振动频率相同、振动幅值相同,说明动、静环的追随性高,其间隙稳定,从而保证干气密封的稳定运行;动、静环位振动幅值与激振力成正比关系,说明激振力严重影响干气密封的稳定性,为提高干气密封的稳定性,应平衡好叶轮的轴向激振力。     

振动时效激振频率选择的探讨

振动时效激振频率的选择应综合考虑残余应力的集中程度、振动时效后残余应力分布及降低程度.对于结构简单,残余应力集中的构件,振动时效后要得到较低的残余应力状态,应选用较大的激振力,较低的激振频率.对于结构复杂.残余应力不集中的构件,宜采用较低的激振力和较高的振动频率.     

在低频振动作用下Q235A钢的拉伸变形行为

利用振动拉伸试验机对Q235A钢在不同频率、不同激振力下进行了振动拉伸试验,研究了频率和激振力对该钢平均载荷和屈服强度的影响。结果表明:与常规拉伸相比,振动拉伸时试验钢的平均载荷和屈服强度均减小,表现出明显的体积效应;随激振力的增大,试验钢的屈服强度和在不同变形阶段的平均载荷均呈线性减小;随频率的减小,试验钢的屈服强度和在不同变形阶段的平均载荷先增大后减小,在90Hz时达到最大。     

钻井减摩振荡器工作特性研究与试验分析

针对水平井、定向井钻井过程中摩阻大、拖压等问题,提出一种新型振荡器以减小钻柱与井壁之间的摩擦(钻井减摩振荡器)。首先分析减摩振荡器的工作原理,建立其运动学和力学模型,在此基础上,建立试验条件下的振动分析模型。通过算例分析得到过流面积变化频率与流量之间的关系,计算结果表明过流面积随静阀孔直径增大而增大,总轴向力随静阀孔直径增大而减小,与过流面积成反比。对静阀孔直径为27.94 mm的减摩振荡器进行试验测试,通过分析试验测试与理论计算结果的关系,验证了研究方法的正确性。研究成果可为新条件下的钻井减摩降阻、提高机械钻速的相关技术与工具研究提供参考。     

基于钻头-岩石碰撞的激振冲击系统的非线性动力学研究

为了提升旋转冲击钻井过程中轴向冲击的辅助破岩效果,设计了一套用于测试钻头与岩石之间激振碰撞的试验装置,通过对钻头的激振频率、激振振幅和施加的静态压力3项可控参数的调节,研究了该激振冲击系统的动力学行为演化规律,且试验测试结果与数值模拟结果具有很好的一致性。通过进一步的分岔分析和相平面分析发现,由于激振冲击系统具有典型的接触非线性结构,其动态响应也呈现出复杂的非线性特征,钻头在与岩石发生激振碰撞后,主要保持单周期的振动状态,但随着控制参数的变化,钻头与岩石之间在一个激励周期内的碰撞次数会不断改变;此外,钻头的振动状态还会经由倍周期分岔转变为双周期振动,但最终又会经由逆倍周期分岔或者折叠分岔重新回到单周期振动状态。由于钻头的振动状态直接决定了其轴向冲击力的大小,因而会影响其破岩效率;因此,为了获得破岩效率最高的一周期一次碰撞的钻头振动状态,应该采用较高的激振频率和振幅,但应该避免较高的静态压力,因为它将触发钻头的颤振,反而降低其破岩效率。     

大斜度井作业管柱摩阻力学模型

摩阻分析对大斜度井施工具有重要的影响,因其具有水平段、大井斜角等特点,摩阻的预测和控制是成功地完成大斜度井修井的关键和难点所在。在归纳总结前人工作基础上,建立了磨铣打捞管柱摩阻的力学模型和数学模型,对钻柱设计、管柱下入和井下作业等阶段都具有重要的指导意义。     

振动钻削过程中液压颤振器的振动特性分析

提出一种液压颤振器,该颤振器可用于振动切削的激振装置,它主要有高频激振阀和单作用颤振缸组成,该颤振器可输出500 Hz的受控振动。采用ANSYS Workbench对颤振器的关键部件弹性端盖进行静态和模态仿真。实验测量了钻孔和不钻孔情况下该颤振器的压力特性、加速度特性和位移特性,并对数据对比分析,结果表明,工件的振动频率能跟随激振阀的激振频率,能量集中在激振频率;该液压颤振器与不钻孔时的振动特性均未发生太大变化,说明该液压颤振器的稳定性是极好的;谐振频率300 Hz,谐振时振幅明显增加。     

深斜井注水管柱上提工况力学分析

根据大港油田深斜井井眼轨迹数据和注水管柱结构,建立注水管柱力学分析模型,对上提工况下管柱任意位置真实轴向力进行计算,通过管柱强度校核,判断其在上提工况下的安全性。为方便计算分析及现场应用,开发了注水管柱力学分析软件,通过软件计算,结果符合工程要求。     

基于轴向振动配粉技术的药物微量配粉

针对轴向振动配粉技术在植入式可降解缓释给药系统微量配粉中的应用,搭建了轴向振动配粉实验台。采用毛细玻璃漏斗和圆锥状塑料吸头作为配粉管,研究两者稳定流动的振动幅值区间,讨论了振动频率对稳定出粉起始幅值、振动幅值对出粉流量及出粉流量稳定性的影响。结果表明：采用圆锥状塑料吸头作为配粉管的配粉过程更稳定,并且具有良好的抗堵性能;振动频率越大,实现配粉需要的起始激振幅度越小;在固定激振频率下,出粉流量随振幅先增大后减小,且管体中粉体处于充分流动状态;在激振频率为50 Hz,150 Hz,振幅为200~300 μm和35~50 μm时,可以得到最大且不随振幅改变的稳定出粉流量。实验论证了轴向振动配粉技术可以实现微量粉体的稳定、精确配给。     

水力振荡器关键力学参数变化规律的研究

为了解决水平井、大位移井等复杂井钻进过程中出现的大摩阻、钻压拖拽等问题,设计了一种新型水力振荡器。根据水力振荡器的内部结构和工作特性,结合流体力学原理,对水力振荡器过流面积、压降、总轴向力关键力学参数的变化规律进行理论分析。选取某一规格水力振荡器的不同静阀孔径进行算例分析,结果表明在水力振荡器输入流量和入口压力一定时,静阀孔径大小与过流面积呈正比,与压降、总的轴向力呈反比;此外,通过改变流量至25L/s,进一步分析水力振荡器关键参数的变化规律。研究结论可为水力振荡器轴向振动分析提供理论支撑,为实现水力振荡器减摩降阻的功能提供技术指导。     

水力振荡器振动特性分析

针对大位移井和水平井钻柱与井壁摩阻大的问题,提出一种具有轴向振动减摩作用的水力振荡器。在水力振荡器结构设计、工作原理分析的基础上,建立其运动方程和力学特征模型,确定马达转子和动阀板运动关系,进行马达转子和阀片部分的受力分析,并建立水力振荡器在水平井的振动方程。通过算例分析得到过流面积变化频率与流量成正比,过流面积随静阀孔直径增大而增大,总轴向力随静阀孔直径增大而减小,振动位移随静阀孔直径、安装位置和井壁摩擦系数的增大而减小。现场试验表明,水力振荡器的使用可以减小井壁摩擦,改善钻压传递,钻井提速效果明显。     

水平井修井管柱屈曲影响因素仿真研究

准确了解修井作业过程中井底钻压及管柱屈曲变化规律对于高效、安全修井作业具有重要的意义。根据数值仿真原理及修井管柱受力特性,建立了修井作业管柱有限元模型,分析了管柱在井筒中的受力情况,模型计算结果与现场实验数据吻合较好。通过了水平作业管柱有限元模型,对影响水平井管柱屈曲临界载荷的摩擦因数和环空间隙等因素进行了分析。研究结果表明:摩擦因数越大其正弦和螺旋屈曲临界载荷都随着增大,且螺旋屈曲临界载荷对摩擦因数更敏感;环空间隙变大,会导致管柱的屈曲载荷减小,且当环空间隙大于35 mm时,管柱的螺旋屈曲临界载荷小于正弦屈曲临界载荷。     

基于活塞—缸套组件的振动减摩可行性研究

深入进行活塞-缸套组件的减摩研究,对于提高和改善内燃机机械效率与整机性能具有重要意义.为了研究振动减摩在活塞-缸套组件上的可行性,通过引入缸套表面振动变形,构建了活塞-缸套组件的改进润滑模型,对附加振动引起的缸套减摩现象进行了仿真分析,并基于摩擦测量试验机和高频激振设备搭建了内燃机摩擦测量试验台架,对不同超声激振工况下活塞-缸套组件的减摩情况进行了试验研究.研究结果表明:施加参数合理的超声激振能够有效降低活塞-缸套组件间摩擦力.     

振动时效过程模拟与分析

由于缺乏对振动时效机理的有效解释,通过振动时效消除残余应力的方法一直未得到广泛应用。采用有限元法对焊接件残余应力的产生及振动消除过程进行了数值模拟,分析了激振力和激振频率等振动时效工艺参数对残余应力消除程度的影响。仿真结果表明,无论构件是否达到共振状态,只有产生一定的微观塑性变形残余应力才能得以释放;一阶模态能在最小的激振力下消除残余应力,是振动时效的最佳选择,而在其它频率,应力消除率取决于激振力的大小。     

激振频率对裂纹梁系统振动特性的影响

用ZK-4VIC型振动与控制实验台和ZK-1型电动式激振器分别对相同的Q235裂纹梁系统加载大小相同频率不同的简谐激振力(F=1.12N,w=17Hz、19Hz、21Hz、23Hz),对裂纹梁的振动疲劳过程进行模拟。记录实验过程中裂纹梁的振动幅值随时间变化的趋势,分析在不同激振频率的激振力作用下,疲劳裂纹对裂纹梁振动特性的影响。结果表明:加载简谐激振力的激振频率与固有频率的关系对裂纹梁系统的振幅变化影响显著;裂纹产生后,刚性系统受裂纹的影响大于柔性系统受裂纹的影响,寿命较短;刚性系统比柔性系统更容易从振动变化上发现裂纹故障的存在。     

一种新型连续管减阻器的设计与研究

大位移井、水平井钻采过程中采用连续管作业时,由于管柱与井壁接触面大、管柱不旋转等因素,会使管柱与井壁之间产生很大的摩阻,导致钻头前进受阻。为解决此问题,设计了一种新型连续油管钻井作业的减阻器。该减阻器由涡轮动力部分和凸轮振动部分组成,由涡轮提供动力,利用螺旋式凸轮轨道实现往复运动,来撞击壳体产生振动。根据给定工况和设计数据,该新型减阻器的振动频率能达到11 Hz,瞬时撞击速度为3.7 m/s,达到现场应用要求。     

摆盘活塞式发动机振动建模与分析

考虑摆盘活塞式发动机具体结构特点和材料性质 ,以及所涉及的振动分析频率范围 ,建立了轴向振动和扭转振动的多自由度振动集中参数模型 ,对于高频振动 ,采用了分布参数模型等效传递矩阵的分析方法 ,并假设部件之间的高频振动传递依据界面的波阻抗条件确定。对于发动机的正常工作状态 ,确定了各个激振力的形式和大小 ,计算实例获得的振动速度响应谱与实际测得的谱特征和变化趋势一致。     

短时脉冲激励下隧道振动响应与模态参数识别

为了研究短时脉冲激振力下隧道结构振动响应及有效地提取隧道结构的模态特征。首先分析了锤击作用下的不同短时脉冲激振力精度及其频域特性,其次将短时脉冲激振力应用于上海地铁12号某盾构隧道进行了现场动力测试,最后分析了脉冲激振与隧道结构响应之间的传递函数,并结合随机减量、正交多项式法及自回归滑动平均模型法有效地提取隧道结构的模态参数。结果表明:短时脉冲激振力的中低频振动信号在隧道结构中传递特性较好,传递距离较远。隧道结构的模态频率呈现明显低频特征,前10阶模态频率在100 Hz以下。因此,短时脉冲激振力能够很好地应用于隧道动力测试及模态识别,可为基于模态特征的隧道结构损伤识别及健康监测多个研究领域提供有效的支撑和参考依据。     

流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究

对高速泵三维流场进行了非定常计算,分析了高速泵内的压力分布情况。研究了高速泵叶轮上的稳态径向力和脉动径向力,分析了流体激振力对高速泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响。计算结果表明:泵内部流场的压力分布合理,稳态作用力的计算符合实际数据;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系;在脉动激振力作用下,泵转子振动响应谱图中出现了脉动激振力的频率及其谐波频率。