基于整体传递矩阵法的导向工具偏心主轴动力学特性

指向式导向工具主轴是进行导向作业的关键部件之一,其动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,因此非常有必要开展工具主轴偏置状态下的动力学特性的研究。基于整体传递矩阵法,建立了指向式导向工具外壳-轴承-主轴系统动力学模型,推导出了主轴任意节点处的几何和力学方程,分析了空载工况下导向工具整体固有频率和振型,结合实例计算了不同偏心距和不同转速下的导向工具主轴测点偏移量,并利用指向式导向工具的试验台架进行了主轴测点偏移量实验验证。结果表明,实验测得的数据与理论推导的主轴测点偏移量数据非常接近,误差最大仅为6.48%,由此验证了所建力学模型的合理性。     

井眼轨迹控制工具主轴力学行为分析

采用梁单元模型对井眼轨迹控制工具主轴进行简化,基于动态有限元显示积分算法,分析了主轴转速、偏移量及钻压对主轴力学行为的影响。结果表明:主轴转速及钻压对主轴力学行为影响较小;随着偏移量的增加,偏心环作用力、下支撑轴承作用力、钻头侧向力逐渐增加。并通过室内试验,验证了主轴力学行为仿真分析的正确性。     

热阻网络法在轴系温度场求解中的应用

为了获得主轴系统的温度场,建立了主轴、轴承、套筒、轴承座、端盖的传导和对流换热热阻模型.通过热节点的热量平衡分析,建立了热节点的热量平衡方程组.采用Newton-Raphson法对热平衡方程组进行求解,获得了轴系温度场,对轴承预紧力和主轴转速、轴承初始接触角以及润滑剂黏度对轴系温度场节点温度的影响进行了数值分析和试验.结果表明,在不同的工况下,主轴系统温度场的分布是不同的,轴承的预紧力和主轴的转速越大,轴承的温度就越高,而轴承的初始接触角越大,轴承的温度则越低,并且润滑剂对轴承温度的影响在主轴高速运转时表现得更加明显.因此,通过对轴承预紧力的调节和轴承初始游隙的设定,不仅能够控制轴承工作时的温度场分布,而且可有效地避免滚动轴承的内、外圈因温度过高而导致的失效,从而提高滚动轴承的服役性能.     

悬臂型箔片轴承应用于高速透平的实验研究

为研究悬臂型箔片轴承的实际工作性能及其在高速透平机械中的应用效果,对悬臂型箔片轴承开展了实验研究。首先,在径向轴承性能实验台上进行了悬臂箔片径向轴承的静态加载、启动摩擦力矩和运行阻力矩测试实验,获得了不同箔片厚度和轴承载荷下轴承库仑阻尼和阻力矩的变化趋势。随后,将悬臂箔片径向轴承与止推轴承同时应用在主轴直径为25mm的高速透平机械中,在高速透平机械性能实验台上开展了轴承-转子系统的瞬态升降速与高速稳定运行实验,对全动压悬臂箔片轴承支撑转子的瞬态特性与稳定性进行了分析。实验结果表明:悬臂箔片径向轴承的启动摩擦力矩(0.6×10~(-2)～1.8×10~(-2) N·m)与运行阻力矩(0.25×10~(-2)～0.5×10~(-2) N·m)较小;在全动压悬臂箔片径向轴承和止推轴承支撑下高速透平机械转速能够达到93.9×103 r/min;轴承-转子系统在升降速和高速运行过程中均具有较小的主频振幅(6μm)和低频涡动振幅(0.5μm),轴心轨迹清晰,表现出良好的稳定性。所开展的实验研究验证了悬臂箔片轴承在高速透平机械上应用的可行性。     

井下可控变径稳定器工作机理及力学分析

石油钻井井眼轨迹控制是当今世界性技术难题之一,旋转导向钻井工具可控制井眼轨迹,但日租费昂贵,使用变径稳定器可有效解决该问题。针对目前国内可变径稳定器结构复杂、制造成本高等问题,设计了井下可控变径稳定器,详细介绍了工具的结构组成和工作原理。利用CAE技术对其关键部件进行力学分析;并利用CFD技术计算工具在三种工位时过流压降。综合考虑可变径稳定器受钻井液驱动力、节流套筒及导向体阻力、弹簧弹力等因素,对可调整支撑块进行力学分析,推导出可变径稳定器所受液压压降与工具直径的计算公式,同时实验论证该公式的合理性。该工具与防磨工具配套使用在钻井时可减少钻井时长,大大缩短钻井周期,降低钻井成本。     

井下闭环导向钻井工具双环积分滑模控制研究

带有双偏心环偏置机构的旋转导向钻井工具在导向钻进时,由于旋转外套传递的钻压以及复杂的井下工况等不确定性及非线性因素,造成钻井工具的轨迹精确度难以控制,为此,提出了一种轨迹跟踪控制理论——双环积分滑模控制。首先,对一种旋转导向钻井工具中的双偏心环偏置机构进行模型简化,将其简化为二自由度的连杆机构;其次,对机构模型进行分析,构建其运动学方程和动力学模型;然后,设计了双环积分滑模控制器,并用Lyapunov函数证明了所设计的控制系统的稳定性;最后,利用MATLAB软件进行仿真分析,证实了该控制方法有较好的抗干扰能力和控制精度。     

深层气井压裂管柱应力的有限元分析

针对深层气井压裂管柱在高压大砂量条件下的失效问题,应用有限元方法对压裂管柱进行力学分析,得到了应力分布情况,为井下压裂工具的合理设计提供一定的理论依据.     

机床主轴部件的刚度分析

本文对影响机床主轴部件静刚度的一些因素进行了分析,并提出为提高主轴部件刚度所应注意的事项。如主轴受力的部位和方向的影响,考虑轴承也具有弹性变形时的合理的支座距离和悬臂比,主轴断面形状对刚度的影响,滾动轴承的刚度、配合间隙、接触变形和弹性变形等对主轴部件效果刚度的影响等。最后并推荐考虑轴承具有弹性位移而影响支座位置时,主轴部件刚度的计算方法。     

ZK6110H客车轮毂轴承的故障失效分析

汽车轮毂轴承从受力分析看,主要承受通过悬架系统传递而来的汽车的重量,但从装配关系看,汽车轮毂轴承主要与制动系统连接装配。所以轮毂轴承也是汽车的重要件,对汽车整体性能起着关键的作用。本文结合客车轮毂轴承的使用工况及对售后反馈轮毂轴承的失效型式、失效轴承的材料、硬度等状况进行分析,列出造成轴承失效的主要原因。     

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.      

基于模型试验的齿坎型重力锚抗滑机制

为了探究齿坎型重力式锚碇的承载特性与抗滑机制,依托贵州省牂牁江特大桥纳雍岸重力式锚碇工程,开展了相同试验条件下平底锚碇1/4埋深、齿坎锚碇1/4埋深、平底锚碇半埋深及齿坎锚碇半埋深四种工况的室内物理模型试验,并对各工况锚碇位移-荷载曲线、锚碇-地基接触应力、地基应变及地基宏观变形破坏特征进行分析。结果表明：四种工况锚碇模型的极限承载力分别为3P（平底1/4埋深）、4P（齿坎1/4埋深）、7P（平底半埋深）和8P（齿坎半埋深）;同种型式锚碇模型增大埋深可以显著提升锚碇的承载能力,同等埋深条件下齿坎型重力式锚碇承载性能要优于平底重力式锚碇;齿坎构造能够充分调动地基联合承载;基于地基的宏观变形破坏特征将其变形破坏过程划分为无裂隙、裂隙初现、裂隙发展以及破坏四个阶段;对齿坎型重力式锚碇承力过程进行了力学分析,得出齿坎构造力学特性较好,对限制锚碇变位和提高锚碇承载能力作用明显。     

滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法

螺栓强度直接决定滚轮滚针轴承工作载荷。而注油孔结构设计参数是影响螺栓强度的主要因素之一。针对这一问题,以螺栓最大应力和变形为优化目标,提出了滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法。首先,基于三维建模软件,建立了滚轮滚针轴承参数化模型;然后,运用有限元方法,提出了滚轮滚针轴承整体有限元仿真模型,分析了注油孔设计参数对螺栓强度的影响规律;最后,采用响应面分析方法,建立了以螺栓最大应力和最大变形最小为优化目标的滚轮滚针轴承多目标优化模型,结合工程实际,获得了螺栓注油孔孔径的最优化设计参数。仿真结果表明,优化后的滚轮滚针轴承螺栓关键位置的最大应力和最大变形均有所改善,验证了所建立的滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法的有效性。     

计及轴变形导致轴颈倾斜的滑动轴承

设计研制了轴-滑动轴承系统专用试验装置,对轴受载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承孔中倾斜时滑动轴承的润滑性能进行了试验研究;结果表明,轴变形导致轴颈倾斜时,滑动轴承的油膜压力、油膜厚度和温度的分布状况及数值发生了明显变化;轴受载越大,其变形产生的轴颈倾斜越严重,对滑动轴承润滑性能的影响越明显。     

深沟球轴承加速-恒速过程动态特性有限元分析

建立了深沟球轴承三维动力接触有限元模型,综合考虑轴承工作过程中各部件的变形以及实际受载形式,采用LSDYNA显式动力学求解器,计算了轴承在3种径向载荷作用下,加速-恒速工作过程的动力学响应.计算结果表明:轴承在加速阶段产生强烈的振动,并延续至恒速运行的初期,3种径向载荷作用下滚动体内等效应力均远高于轴承钢的屈服强度;随着恒速运行时间的增加,振动明显减弱,轴承进入稳定的工作状态,径向载荷越大,轴颈中心径向位移的振动范围越小,轴颈中心离开轴承轴线的平均距离越远;压应力与摩擦力的同时作用使得滚动体内平行于滚动方向的剪切应力呈非对称分布.     

碳纤维板加固桥梁的承载性能（英文）

为了探究碳纤维板对桥梁承载性能的影响，利用Midas Civil软件建立了东苕溪大桥模型，并对各桥段进行了下沉形变、抗剪承载力、抗扭承载力的计算分析，划定出易受剪切破坏区域.在易受破坏的区域添加碳纤维板，分别对原桥体和加固碳纤维板桥体进行数值分析，结果表明，加固碳纤维板桥体的承载性能明显提升，其中沉降幅度降低27%,抗剪抗扭能力提升10%.     

连续弯梁桥盆式支座摩擦滑移特性分析

为研究支座摩擦滑移效应对混凝土弯梁桥横向偏位的影响,通过ANSYS建立了GPZ(2009)2.5SX±50mm型盆式橡胶支座的三维实体模型,基于此,对盆式橡胶支座的聚四氟乙烯板、盆环、三向受压橡胶块、支座底板的应力和变形做了细致分析;采用有限元模拟支座竖向承载力试验,将得到的荷载位移曲线与交通运输部公路科学研究院完成的2.5MN盆式橡胶支座的承载力试验结果进行了对比。结果表明：盆式橡胶支座具有稳定的力学性能,设计竖向荷载作用下支座的最大主应力、竖向压缩变形、径向变形均满足设计要求;竖向压缩变形的有限元计算值与试验值最大误差为4.8%,验证了有限元模型的准确性,,为后续进行支座摩擦滑移特性分析奠定基础。     

轴承-转子系统中滚动球轴承的动力学相似设计

针对轴承-转子系统缩尺模型中轴承的动力学相似设计问题,基于量纲分析法和相似π定理,建立了轴承-转子系统中滚动球轴承模型的动力相似准则,获得了滚动球轴承模型与原型各动力参数的相似关系.在此基础上根据滚动球轴承刚度计算公式得出刚度与基本参数之间的相似关系,并进行了滚动球轴承接触变形和最小油膜厚度的数值验证.最后通过设计实例说明了所建立的相似关系在实际轴承-转子模型设计中的有效性和实用性.     

全长黏结式锚杆拉拔性能数值分析

为了研究全长黏结式锚杆拉拔工况下的应力变形特征,利用FLAC3D建立数值模型,分析锚杆受力特征、土体响应,以及拉拔性能的影响因素。结果表明,(1)锚杆轴力分布沿杆体逐渐减小;(2)随着加载的进行,破坏沿锚杆体迅速传递,最终导致锚杆整体破坏;(3)土体受到锚杆摩阻力的影响,存在被锚杆拉出的趋势;(4)随着围压的增大,荷载-位移曲线在破坏前的线性特征更加显著,锚杆的破坏荷载也逐渐增大,采用指数方程对其关系进行拟合能得到较高的精度;(5)围压的增加能够增大锚杆与周围土体之间的黏结力,但是存在一极限值,当围压增加到一定程度后,并不能提高锚杆的锚固力。     

油膜轴承倾斜承载对冷连轧机启动的影响

针对某CVC带钢冷连轧机启动阶段支持辊油膜轴承静压承载能力不足的问题,应用流体润滑理论,建立了轴承倾斜工作下静压承载能力的全润滑系计算模型,分析了轧机压下倾斜、油泵功率和节流器液阻对轴承静压承载性能的影响. 计算结果表明,压下倾斜过大会造成轴套与衬套的轴线出现倾斜,进而导致轴承的静压承载能力急剧下降,是造成轴承寿命缩短、连轧机启动频繁失败的根本原因. 在实际生产中,限定了轧机压下倾斜设定值上限,增大了润滑油黏度,从而有效提高了轴承的承载能力,机组启动成功率显著提高.