直井内旋转钻柱动力学有限元分析及实验研究

为了研究钻柱在井下的运动状态,采用结构动力学中的Newmark积分法,建立了直井内旋转钻柱动力学三维有限元分析模型。研究了在直井内钻柱不同转速的动力学特性。为了验证数值模拟的正确性,建立了直井内旋转钻柱实验装置,进行了不同转速下的钻柱实验研究。结果表明:随着钻柱转速的增加,横向位移逐渐增大;在不同转速情况下,数值计算结果和实验结果吻合较好,同时也验证了数值模拟的正确性。     

钻柱黏滑振动动力学研究

以四自由度钻柱动力学方程为基础,结合钻头–岩石的相互作用规律,分析了钻柱在直井眼内的动力学特征,
研发了多自由度钻柱粘滑振动仿真软件。利用该软件开展了钻柱动力学行为影响的单因素分析,得出了管柱、钻头和
转盘的刚度与转动惯量,以及钻压、转速等对钻柱动力学行为的影响规律,获得了钻柱运动的4 种状态特征。通过对
实际钻柱动力学参数的仿真分析,表明钻杆越长,钻铤越短,钻柱越容易处于黏滑振动状态。另外,改变钻柱的内外直
径不可能有效抑制黏滑振动。研究成果对现场钻井作业具有非常实用的指导意义。     

钻柱静态变形的有限元分析

描述石油钻柱静态变形的有限元方法．在对钻柱运动进行基本假设的基础上,描述对钻柱进行有限元分析的基本过程,包括考虑几何非线性的势能函数、单元刚度矩阵和外载荷的计算公式、坐标变换等．在有限元方程的求解方面,讨论接触非线性和钻柱大变形问题的迭代处理方法．最后．应用有限元程序的计算结果,分析钻柱在钻头处的侧向力和各种钻井参数的关系。     

钻柱下部组合的数值分析

简要分析了用有限元法和有限差分法计算下部钻具组合的理论．根据计算机程序给出二在计算钻头侧向力时的结果．验证了两种算法的正确性。     

造斜段弯曲钻柱非线性动力学分析与仿真

为确定定向井弯曲钻柱的钻进状态,以造斜井段中初弯曲钻柱为研究对象建立系统非线性力学模型,构造动态接触模型,探究接触状态,并对动力学模型进行迭代求解,得到仿真过程动态响应,考察钻柱不同位置处静动态特性差异,并与直井钻柱对比分析.结果表明:弯曲钻柱两侧工作于高应力状态,随曲率半径增大钻柱应力幅值、挠曲变形单调增加;下部交变作用较明显,其接触状态由碰撞变为摩擦,动态特性与直井相似,中上部钻进状态平稳,弯曲状态对其屈曲变形有抑制作用;随载荷的增加钻柱呈螺旋钻进状态,屈曲失稳将由下部产生并向上扩展.     

钻柱力学若干基本问题的研究

依据动力学普遍原理，采用微元矢量分析方法，建立了钻柱的一般平衡方程，其中包含了钻柱的涡动效应，在此基础上，导出了不可伸长弹性钻术变形的一般动态控制方程，并且对钻柱下部组合的静力分析方法及钻柱摩阻分析方法进行了讨论，此外，还就钻柱运动学及其弹性稳定性问题进行了初步探讨，给出以钻柱为研究对象的基本方程，这些基本方程也适用于其它相同性质问题的管柱。     

基于机械系统动力学自动分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析水平井钻柱一井壁接触仿真分析

钻柱在高曲率、长水平段的水平井中与井壁接触状态十分复杂,接触状态又直接影响钻进过程中钻柱的摩阻扭矩,进而影响井的延伸极限。因而,较准确、全面描述全井钻柱系统与井壁的接触状态是保证钻柱摩阻扭矩分析结果可靠的前提。基于ADAMS软件,结合力平衡理论、Hertz接触理论和相似原理,建立了与真实测试试验装置具有一致钻井参数的水平井全井钻柱-井壁动态非线性接触模型,分析了全井钻柱接触力分布情况,研究了起钻速度、下钻速度、钻压和转速对接触的影响规律。结果表明：接触力峰值出现在弯曲段;起、下钻速度均对弯曲段钻柱接触状态影响明显,速度相同时起钻比下钻时接触力大;增加钻压可减小全井钻柱的平均接触力;钻柱旋转会在水平段中前部出现小幅密集接触。仿真结果为钻柱摩阻扭矩测试试验装置提供了合适的钻柱与井壁的接触力测量位置,便于利用该装置开展钻柱摩阻扭矩等相关研究。     

高方平筛动力学建模与有限元仿真

针对高方平筛和其上固结的柔性吊杆组成的动力学系统,进行了刚柔耦合的动力学建模和有限元仿真分析。应用拉格朗日方程建立了高方平筛非线性动力学方程,根据稳态条件得到了系统近似轨迹圆运动方程。在此基础上,采用MSC．Patran,／Nastran建立了高方平筛有限元模型并进行了动力学瞬态响应分析。实验数据验证了理论模型和有限元仿真结果。该文的动力学模型和有限元仿真方法为高方平筛的强度校核和优化设计提供了重要的指导意义和参考价值。     

钻柱纵向振动的有限元分析

根据动力学理论建立钻柱动力学振动方程.把钻柱看作一个弹性直杆,建立几何模型;通过ANSYS软件分析,得出钻柱纵向振动的特性以及减振器的安放位置对钻柱纵向振动的影响.结果表明,减振器安装适当的位置,可以减少钻柱的纵向振动,从而减少和防止钻柱发生断、刺事故.     

钻柱与井壁接触的动态仿真分析

针对钻柱沿井深和井眼圆周方向与井壁的随机接触碰撞问题,利用ADAMS和ANSYS软件对其进行动态仿真分析,模拟了钻柱在井眼中与井壁由不接触到接触及其接触位置变化的全过程,得到了接触区域的具体位置以及接触力的大小。为实钻时,防止钻柱磨损和对钻柱寿命的预测提供了依据,对钻柱的结构设计以及钻柱力学的研究具有一定指导意义,本方法适用性强也可应用于定向井、大位移井等同类问题的研究。     

平面连杆机构的动力学有限元分析

本文给出了一种求解具有均布质量、恒定输入转速的弹性平面连杆机构稳态响应的有限无法。由拉格朗日方程导出系统的非线性控制方程。模型中考虑了构件的集中质量及集中转动惯量的影响,同时也包括了应变的几何非线性项。     

VECTOR BOND GRAPH REPRESENTATION OF FINITE ELEMENT METHOD IN STRUCTURAL DYNAMICS

In this paper we have shown that the invariance of energy(kinetic energy,potential energy)and virtual work is the common feature of vector bond graph and finite element method in struc-tural dynamics.Then we have discussed the vector bond graph representation of finite elementmethod in detail,there are:(1)the transformation of reference systems,(2)the transformation ofinertia matrices,stiffness matrices and vectors of joint force,(3)verctor bond graph representationof Lagrangian dynamic equation of structure.     

stokes问题的一种新有限元

本文给出一种新有限元,用其逼近Stokes问题,以获得较好的逼近度O(h~3)。     

卡箍式柔性接管的有限元分析

使用结构分析程序(SAP5)对卡箍式管道接管进行有限元分析,求出接管的危险断面。分析结果可为接管的可靠性优化设计打下基础。     

FINITE ELEMENT SIMULATION OF FABRIC CANTILEVER TEST

The present paper describes the application of the finite element technique to simulate large fabric deformations in the case of a rectangular cantilever. The fabric is simulated using a degenerated isoparametric curved shell element with 8 nodes. The cantilever is considered as a special case of a three dimensional shell structure. The finite element formulation takes into account nonlinear material properties of fabrics. Simulation of woven fabric cantilevers is made and the results are compared with the test results to examine the effectiveness of the finite element approach.     

热粘弹有限元

给出了热粘弹有限元方法的一般列式,它基于作者在文[17]中建立的变温下一般热粘弹性材料的本构方程。对记忆积分进行了简化,这种简化不涉及材料的膨胀松弛时间和剪切松弛时间。它适用于各种热粘弹性材料在变温下的有限元计算。     

三维等参形式动态有限元的理论推导

推导出三维等参形式动态有限元的形函数,建立了相应的刚度矩阵和质量矩阵。例题运算说明公式是正确的,可用的。     

结构振动有限元模型的精细修改方法

本文在分析模型精细校正的基础上,从另一角度推导了分析模型的质量阵和刚度阵的修改公式,简化了精细校正计算公式,不仅计算量小,且修改灵活,修改后的模型保持了与实际结构的对应关系,从而可以再修改.文中对非测试自由度振型值的计算也给出了改进的公式.最后,简要地讨论了精细校正方法的数学基础.     

生物瓣膜的有限元分析

对不同型面瓣叶几何模型的建立作了研究，并以旋转抛物面型瓣叶为例对其有限元几何模型的构造进行了详尽的论述。最后，对不同形状的瓣叶应分布情况进行比较，从而为生物瓣瓣架的造型设计提供了坚实的理论依据。