【摘要】：基于波動(dòng)方程建立震擊器震擊作業(yè)過程中的震擊碰撞縱向沖擊振動(dòng)模型,并結(jié)合震擊器工作時(shí)的特殊邊界條件和初始條件,推導(dǎo)出震擊器作業(yè)時(shí)下部鉆桿在上部鉆桿沖擊作用下的位移、應(yīng)力、速度分布的解析表達(dá)式,并由此得到了碰撞過程的沖擊持續(xù)時(shí)間。最后結(jié)合油田施工現(xiàn)場的實(shí)際工作情況,運(yùn)用ANSYS仿真模擬碰擊過程中下部鉆桿在縱向沖擊作用下的各種響應(yīng),與上述理論推導(dǎo)的解析解相對比,結(jié)果表明兩者匹配良好,由此驗(yàn)證解析解的可靠性。
【圖文】：

276應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)第34卷2震擊器工作的沖擊模型震擊器工作時(shí)縱向沖擊碰撞模型圖如圖1所示，上部鉆桿(桿2)以速度v沖擊下部鉆桿(桿1)，本文忽略沖擊時(shí)過程中的液壓力、接頭影響和材料的阻尼等因素，建立如圖1所示的坐標(biāo)系。其中x表示波動(dòng)位移，L為下部鉆桿總長。圖1震擊碰撞動(dòng)力模型圖Fig.1Diagramofshockimpactdynamicmodeldiagram由以上模型及文獻(xiàn)[10]建立彈性桿之間碰撞的控制方程為()()2222ux,tux,tAEAtxρ=(1)碰撞后的邊界條件為u(L，t)=0(2)()()2200,,xxuxtuxtAEMxt=

。震擊器安裝距離卡點(diǎn)353m。由于在碰撞過程中桿2不是全部動(dòng)量作用于桿1，運(yùn)用瑞利法取當(dāng)量質(zhì)量(即桿2的1/3)，且桿1是加重鉆桿和鉆鋌的組合，桿2為普通鉆桿，所以質(zhì)量比α大致等于0.5，根據(jù)震擊器動(dòng)力學(xué)的分析[12-13]可以算出碰擊速度大約為3.5m/s,鉆桿沖擊長度L=353m，波在鉆桿中的傳播速度為5167m/s。仿真碰撞仿真實(shí)例也很多，文獻(xiàn)[14-15]模擬了船與FRP浮箱的碰撞數(shù)值仿真和高速列車的碰撞模型，，本例將震擊器內(nèi)部簡化，將其心軸部分和上部鉆桿結(jié)合在一起，外筒部分和下部鉆桿結(jié)合在一起，模擬碰撞過程，建立如圖2的模型。圖2震擊碰撞有限元模型Fig.2Shockimpactfiniteelementmodel基于ANSYSWORKBENCH中LS-DYNA模塊對該過程進(jìn)行模擬，采用系統(tǒng)默認(rèn)單元類型，對模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，共得到15329個(gè)單元，將桿2設(shè)置為剛性，在接觸時(shí)設(shè)置為對稱接觸行為，對桿1的下端設(shè)置為FixedSupport，對桿2設(shè)置速度為3.5m/s，用仿真分析得出幾個(gè)特殊時(shí)間部位的應(yīng)力和速度，將特殊時(shí)間部位等參數(shù)代入文中第5節(jié)解析解相應(yīng)的分段公式，將兩者的值對比繪制成如圖3~圖8所示。由圖3~圖8可以看出：速度與應(yīng)力變化比較符合現(xiàn)場的實(shí)際情況，證明本文的推導(dǎo)公式的可靠性；同時(shí)可以看出某些時(shí)刻存在應(yīng)力和速度的突變情況，這些與初始條件式(4)、式(5)相吻合，因?yàn)樵趹?yīng)力波傳播到此處時(shí)由于瞬時(shí)沖擊發(fā)生的突然跳躍變化。圖3t=L/c時(shí)的應(yīng)力分布圖Fig.3t=L/cwhenthestresspattern
【作者單位】： 西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院;
【分類號(hào)】：TE927

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本文編號(hào)：2536194