【摘要】： 圓筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)細長梁問題來源于石油鉆采工程中,開展這項研究對石油鉆采工程中的抽油桿柱和鉆柱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、工藝參數(shù)優(yōu)選等技術(shù)發(fā)展具有重要意義。本文采用數(shù)值模擬和實驗相結(jié)合的方法,對旋轉(zhuǎn)細長梁進行振動分析及實驗研究。首先,建立了旋轉(zhuǎn)細長梁模擬實驗裝置,進行了細長梁振動實驗和旋轉(zhuǎn)實驗。在細長梁振動實驗中,加速度改變不大,而軸向激振力明顯減小。在細長梁旋轉(zhuǎn)實驗中,轉(zhuǎn)速愈高,扭轉(zhuǎn)振動愈強烈,細長梁的運動軌跡范圍逐漸擴大,接觸碰撞點也在逐漸的增多。其次,考慮接觸非線性特性,建立了旋轉(zhuǎn)細長梁動力學三維有限元分析模型,采用Newmark積分法,建立了旋轉(zhuǎn)細長梁動力學分析方法。根據(jù)理論方法,編制了瞬態(tài)動力學分析軟件,研究了細長比、軸向力和積分常數(shù)三個因素對細長梁橫向位移的影響,隨著細長比的減小,細長梁兩端的節(jié)點位移的起始時間滯后;軸向力為0的橫向位移幅值比軸向力200N的橫向位移幅值小;隨著積分常數(shù)的增大,橫向位移幅值相對減小。再次,對旋轉(zhuǎn)細長梁動力學三維有限元分析模型進行了模態(tài)分析、瞬態(tài)動力學分析,在轉(zhuǎn)速為100r/min情況下,數(shù)值計算結(jié)果和實驗結(jié)果進行了比較,軌跡、周期、位移吻合較好,驗證了理論方法的正確性。最后,將圓筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)細長梁動力學分析方法應(yīng)用到鉆井工程中,科學的描述鉆柱的受力變形,為鉆采管柱力學的發(fā)展提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

器 3-功率放大器 4-信號發(fā)生器 5-位移傳感器 6-外筒 7-細長梁 8-固定支轤 13-壓力表 14-泵 15-水箱 16-電動機 17-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 18-計算機 19-模圖 1.1 圓筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)細長梁實驗裝置簡圖透明有機玻璃管，外徑為 80mm，內(nèi)徑為 50mm，高度，外徑為 27mm，內(nèi)徑為 21mm，總長度為 20.7m。圓置劃分為 5 大系統(tǒng)：懸掛系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、細長梁系統(tǒng)、系統(tǒng)組成，可實現(xiàn)細長梁的上提、下放、旋轉(zhuǎn)等動作，碰撞接觸力以及細長梁底部的軸向力、細長梁頂端的加通過變頻機能夠控制細長梁的轉(zhuǎn)速、底部的激振器在細，上端電機通過皮帶輪驅(qū)動內(nèi)細長梁產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速的旋、16.35m 四個測點通過位移傳感器測定 x、y 方向的橫觸力，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的頂端位移傳感器測量旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的加速

(a)懸掛系統(tǒng) (b)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng) (c)井底模擬系統(tǒng)圖 1.2 模擬實驗裝置主要系統(tǒng)部件圖懸掛系統(tǒng)由提環(huán)、懸掛體、軸承等部分組成，如圖 1.2(a)所示，上接鋼絲繩，下聯(lián)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其作用相當于大鉤，通過上提、下放細長梁來調(diào)節(jié)初始軸向力的大小。
【學位授予單位】：大慶石油學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH113.1

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本文編號：2652489