恒扭矩工具组合式非标碟簧试验与数值分析

恒扭矩工具是一种运用在石油钻井领域的高效破岩工具,影响该类工具性能的关键因素是非标组合式碟簧的力学性能。采用Almen-Laszlo(A-L)法与有限元法(finite element method, FEM)对组合式碟簧按不同叠合片数、摩擦状态进行静力分析,得到载荷-变形曲线、等效加载/卸载刚度、功损比、极限载荷变化曲线;对组合式碟簧进行动态响应分析,得到在不同加载速率、预压量、载荷幅值、加载频率下的力学性能。结果表明:考虑大变形与塑性变形的有限元结果与试验结果吻合度更高,A-L法产生偏差与实际等效摩擦因数不在设定的标准区间内有关;考虑系统稳定性与阻尼耗能,优选出碟簧组的组合形式为4片叠合,最小对合单元预压量取3 mm,对合组数20组。研究结果对该类工具的研发具有科学的指导意义。