铰接式柔性钻杆的参数化设计

柔性钻杆是超短半径水平井钻井工具的重要组成部分,其结构设计的好坏直接影响钻井工具的工作性能.根据柔性钻杆的强度条件以及与导向筛管的几何关系,得到了满足不同井眼曲率半径的柔性钻杆结构参数;考虑球头柱键与凹槽的接触非线性及柔性钻杆的材料非线性特性,采用有限单元法建立了单节柔性钻杆有限元模型;对不同结构参数的柔性钻杆进行了仿...     

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随着国内外众多大型的油田开发进入中后期,以及新勘探特殊油藏的需要,中短半径水平井应用的越来越多。由于在套管内侧钻中短水平井时的造斜率要求较高,目前通常需要使用较大结构弯角的螺杆钻具。合理建立螺杆钻具在下入前后的位置(坐标)模型对于单弯螺杆钻具在井口能否下入的后续分析模型计算显得尤为重要。试验在螺杆钻具基本组成的基础上,通过改变螺杆钻具上部无磁钻杆、加重钻杆的距离,确定下入后钻具组合在套管入口处的坐标值及其下入前的坐标值,为后续进行单弯螺杆钻具在井口的下入性分析研究的计算模型提供一定的理论基础。     

曲面零件拉深筋结构参数的优化

以曲面零件悬空区上径向最大拖动阻力为优化的目标函数，在模具几何约束、压筋时不诱发外皱、完全包筋等条件下，建立了拉深筋结构参数优化的数学模型。对拉深筋的高度H、圆角半径Rn、位置半径Rj、凹槽入口圆角半径rd等参数进行了优化，从而为合理选择拉深筋的参数提供了依据。文中还以实例进行了示算。     

遗传算法在轴向柱塞泵配流盘结构优化设计中的应用

柱塞泵配流盘配流结构参数的选取对配流噪声的影响非常大,对其参数的优化是一个多维的非线性离散优化问题,并且优化过程中需要不断求解非线性微分方程。使用传统的机械优化设计方法效果不佳。本文为了解决这个问题,采用改进的遗传算法,以无压差过渡条件下压力梯度峰值最小为目标函数,对配流结构参数进行优化设计。采用实数编码及精英选择法,以提高遗传算法的性能。最后以矩形槽结构的配流盘为例,对算法进行了验证。     

基于Deform石油钻具接头热挤压成形

采用刚粘塑性有限元方法,对石油钻具接头热挤压成形过程进行数值模拟,获得并分析成形过程与力能参数曲线,为热挤压成形工艺改进及模具结构优化提供依据,成功解决了锻件充不足、锻件抱死在凸模上以及凸模折断的工程实际问题。     

双环盘式刀库结构参数优化

为了解决盘式刀库双环布刀时刀库转动惯量与刀盘尺寸惯性的矛盾,以YP5048G双环盘式刀库的结构参数优化研究为应用实例,综合考虑各种约束条件,采用数学建模分析和有限元分析相结合的方法,对其进行结构参数优化,以增大储刀量,扩大工作范围.探讨了利用MATLAB软件优化工具箱中的fmincon函数解决多约束非线性优化问题的思路及计算方法.为了对刀库的结构参数优化结果进行验证,对优化后的刀库进行了有限元静态特性分析及动态特性分析.仿真结果证实了所设计的双环布刀刀盘结构参数的合理性.     

锻造液压机工作缸连接球铰的结构研究

针对锻造液压机工作缸连接球铰结构设计缺少理论依据的问题,通过分析球铰球面润滑条件明确了球铰摩擦状态,通过建立偏载工况下单、双连接球铰自锁时工作缸力学分析模型,分析了工作缸受力状况,并确定柱塞对导向套的侧推力。基于赫兹接触理论分析了柱塞与导向套接触状况,并以导向套强度为条件,限制球铰对工作缸传递的摩擦转矩,研究了球铰允许摩擦圆半径的计算方法。综合偏心锻造工况,确定了球铰摩擦圆半径,根据球铰摩擦圆半径与球铰结构的关系,提出球绞结构参数的确定方法。依据以上方法,选择4台现有设备工作缸的球铰结构进行设计计算,计算结果表明单球铰结构工作缸抗偏载能力弱于双球铰结构工作缸,且现有设备的单球铰结构存在设计隐患。     

海上热采井防砂筛管腐蚀的影响因素

针对海上油田热采井出现的防砂筛管腐蚀问题,采用室内模拟腐蚀试验,研究了注入流体中各种组分在油藏条件下对防砂筛管结构造成的损害,分析了筛管腐蚀破坏的可能性。结果表明,在含氧的CO2腐蚀环境中,筛管基管发生了严重的局部腐蚀,并且腐蚀速率极值温度在60℃附近;当油层温度在60℃附近,CO2/O2分压比大于6时,为CO2主导的腐蚀环境,主要表现为均匀腐蚀;CO2/O2分压比小于5时,为氧气主导的腐蚀环境,筛管基管会发生大面积的台地腐蚀和严重的局部腐蚀;筛管基管材质与金属棉或者金属网布耦合后,存在明显的电偶腐蚀作用,腐蚀速率大幅增加。     

中频感应局部加热弯管工艺的研究

本文根据塑性理论和结构静力条件，对中频感应局部加热弯管过程的变形及受力状态进行了系统的理论分析，建立了新的理论模型，采用无量纲方法，计算得到了在不同相对弯曲半径条件下弯管过程中塑性变形区的无量纲轴向推力和弯矩、弯管外侧壁厚减薄率和内侧壁厚增厚率等结果，与实验结果符合良好，证明该理论模型可用于中频感应局部加热弯管工艺及设备参数的设计及优化，并为小弯曲半径弯管理论的建立和工艺的实现提供依据。     

基于遗传算法的箱型结构焊接顺序优化

基于遗传算法原理,建立了箱型结构热-机耦合非线性三维优化仿真模型,以焊接变形为目标函数,进行了焊接顺序数值仿真优化.通过仿真计算优化结果与试验数据比较,证明所提出的优化方法与热-机模型结合是可行的,对于给定的焊接条件,通过选择合适的目标函数,采用遗传算法可以确定最优焊接顺序.这为针对工程具体问题设计焊接工艺提供了可靠的依据.     

基于响应面法的玻璃钻孔支撑结构优化设计

对玻璃进行钻孔加工过程中,机床中钻孔支撑结构的变形会使钻头发生偏移,降低钻孔的质量,提出了以最小化钻孔支撑结构的变形量和构件质量为优化目标的结构优化设计方法。考虑到支撑结构多目标优化模型缺乏的问题,在ANSYS Workbench软件中进行钻孔支撑结构的有限元分析,通过试验点选取、拟合函数选择和响应面合理性评估,建立了反映钻孔支撑结构关键尺寸与优化目标之间关系的两目标响应面模型,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解。试验表明,Kriging模型具有比标准响应面模型更好的多维变量和非线性问题拟合性能;钻孔支撑结构在满足强度要求的同时,最大变形降低了57.1%,质量减少了30.4%,满足高强度和轻量化的要求,证明了所提出的基于有限元分析、响应面拟合和多目标优化的机床结构件优化设计方法的有效性。     

超细管材矫直机设计及矫直动态仿真分析

为了满足市场对高精度超细管材的需求,以现有的十辊矫直机为基础,通过研究十辊矫直机的矫直原理,设计了一种新型的超细管材矫直机。介绍了超细管材矫直机的主要技术要求、矫直系统的构成,分析了各个主要部件的结构特点及创新。同时,利用有限元软件Abaqus建立了超细管材矫直机的有限元模型,并对超细管材的矫直过程进行了动态仿真研究。根据设计要求,分析了超细管材矫直后的椭圆度、直线度和残余应力,证明了超细管材矫直机设计的合理性。     

基于ANSYS APDL语言的零件参数化有限元分析

对于系列化产品,可以借助参数化设计的思想,将参数化设计与有限元分析相结合,实现复杂模型的结构参数调整,自动生成实体模型并完成有限元分析,以优化产品结构,缩短设计周期.有限元分析软件ANSYS提供的参数化设计语言(APDL)用建立智能分析的方法,为零件进行参数化有限元分析提供了有力工具.文章介绍了采用APDL进行参数化有限元分析的实施步骤,并以圆柱弹簧为例,详细阐述了这一过程的实现.结果表明,这种方法可以减少重复工作,提高工作效率.     

内嵌式快刀伺服机构的静态特性分析与实验验证

基于音圈电机驱动研制一种内嵌式快刀伺服装置,该装置结构紧凑,导向精度高,并运用Workbench进行了有限元仿真。静态分析得到气浮装置的应力应变分布情况,获得零部件最大变形量和最大应力值;模态分析得到气浮装置各阶固有频率和振型,并通过模态实验进行对比,验证有限元模型的合理性。分析结果表明:增加刚性支撑可提高快刀伺服装置固有频率,能有效避免"共振"现象发生。该设计方案能够实现大行程高刚度切削加工要求。     

大型扁挤压筒强度分析

针对特宽挤压型材用国产大型扁挤压筒生产时中内套出现的严重裂纹 ,建立了扁挤压筒内套的有限元分析模型 ,分析了扁挤压筒在实际工况下的应力场 ,找出了过早失效的主要原因 ;运用有限元形状优化设计理论与方法对扁挤压筒型腔进行形状优化设计 ,使应力集中值降低21 % ,该研究结果为扁挤压筒设计提供了理论依据     

基于FEA的插管结构焊接变形规律分析

为了明确插管结构的焊接变形规律，利用有限元分析软件MSC.Marc，考虑材料非线性和几何非线性，建立了热弹塑性有限元模型，应用生死单元法分别模拟了两个插管与壳板的焊接过程.结果表明，插管发生鼓胀变形，并伴有轴线的偏移；焊缝附近的壳板发生翘曲变形，壳板其余位置刚度较小处发生较大的下塌变形.在插管结构的有限元模拟之前，通过平板对接试验与相应模型的有限元模拟对比，从特征节点的热过程、特征节点的焊接残余应力和焊后角变形三个方面论证了有限元模型及相关输入参数的合理性.     

航空喷嘴9Cr18Mo小孔钻削刀具结构与工艺参数优化

针对9Cr18Mo马氏体不锈钢航空喷嘴小孔的钻削加工,基于DEFORM-3D有限元软件,开展硬质合金钻头几何结构和加工工艺参数优化仿真与试验研究.基于钻削刀具的螺旋槽和后刀面数学模型,采用UG三维建模软件建立钻头三维模型,利用DEFORM-3D软件建立钻削有限元仿真分析模型,综合分析不同刀具几何结构和工艺参数对排屑、钻...     

T2120深孔钻镗床床身的结构分析与优化设计

以T2120深孔钻镗床床身结构优化为例,利用ANSYS的APDL语言建立了T2120深孔钻镗床床身参数化的三维实体有限元模型;利用ANSYS中Block Lanczos方法对床身结构进行模态分析,得到了前5阶固有频率及前3阶低频振型;利用ANSYS中Design Opt模块,在基频约束情况下对床身结构的参数做了进一步的优化,获得了较为理想的机床床身结构尺寸。结果表明:在保证床身各种性能的前提下,床身优化后的质量比优化前减少了7.23%,同时表明APDL的使用,对加快分析进度、提高设计效率具有重要的指导意义。     

An analytical finite element technique for predicting thrust force and torque in drilling

An analytical finite element technique was developed for predicting the thrust force and torque in drilling with twist drills. The approach was based on representing the cutting forces along the cutting lips as a series of oblique sections. Similarly, cutting in the chisel region was treated as orthogonal cutting with different cutting speeds depending on the radial location. For each section, an Eulerian finite element model was used to simulate the cutting forces. The section forces were combined to determine the overall thrust force and drilling torque. Good agreement between the predicted and measured forces and torques was found in orthogonal and oblique cutting and in drilling tests. The drilling tests were performed on AISI 1020 for several drill diameters, spindle speeds, and feed rates. An extension of the technique for predicting drill temperatures has also been described.