本文關(guān)鍵詞：鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)同時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)

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【摘要】：近年來(lái),鉆具被廣泛應(yīng)用于建筑工程、采礦工程、石油工程和航空航天等領(lǐng)域,對(duì)鉆具的力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)檢測(cè)也變得日益復(fù)雜,因此必須選擇合適的傳感器對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),以確保工程的可靠性,并降低成本。傳統(tǒng)的電磁式傳感技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足高精度的要求,光纖光柵傳感作為一種新興的傳感技術(shù),具有電磁式傳感器無(wú)法企及的優(yōu)點(diǎn),其精度高、質(zhì)量輕、體積小,并且抗干擾,在實(shí)際工程中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。鉆具在鉆進(jìn)過(guò)程中通常會(huì)受到軸向力、彎矩和扭矩的綜合作用,同時(shí)會(huì)伴隨著溫度的升高,受力過(guò)大或溫度過(guò)高都會(huì)影響鉆具的性能,使其不能正常工作,甚至有可能導(dǎo)致鉆進(jìn)系統(tǒng)損壞和人身傷亡事故。因此,在鉆進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),尤其是在對(duì)功耗和質(zhì)量要求很高的工程中(如航空航天工程),分析和檢測(cè)鉆具的力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)是非常必要的。本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真,對(duì)鉆具的力學(xué)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了分析,并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。本文研究的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1.系統(tǒng)地分析了光纖光柵的傳感特性、解調(diào)方法及應(yīng)用現(xiàn)狀,簡(jiǎn)述了鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)檢測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀。2.分析了光纖光柵對(duì)應(yīng)變和溫度的傳感原理,基于熱力學(xué)的基本原理對(duì)鉆具鉆進(jìn)過(guò)程的熱傳遞情況進(jìn)行了分析,介紹了鉆具所受軸向力、彎矩和扭矩的分離原理及修正方法。3.通過(guò)建立鉆具和工件模型對(duì)鉆具鉆進(jìn)工件過(guò)程進(jìn)行了仿真分析,得到了鉆具的溫度場(chǎng)分布情況,最后通過(guò)對(duì)鉆具進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析,得到了鉆具的應(yīng)力分布情況和進(jìn)行壓彎扭分離的修正參數(shù)△和尼。根據(jù)仿真結(jié)果,確定了鉆具的應(yīng)力和溫度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。4.利用光纖光柵傳感器對(duì)在壓彎扭復(fù)合載荷下的鋁合金圓管的待測(cè)橫截面處所受到的軸向力、彎矩和扭矩進(jìn)行了測(cè)量,對(duì)在鉆具鉆進(jìn)工件這一動(dòng)態(tài)過(guò)程中鉆具所受到的軸力、彎矩、扭矩和溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論及仿真結(jié)果,驗(yàn)證了利用光纖光柵檢測(cè)鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)的可行性。該研究為工程上對(duì)鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)的檢測(cè)提供了-種新的方法。
【關(guān)鍵詞】：鉆具 軸向力 彎矩 扭矩 溫度
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TS914.5
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 課題研究的背景及意義16
• 1.2 光纖光柵傳感研究進(jìn)展16-18
• 1.2.1 光纖光柵的發(fā)展概況16-17
• 1.2.2 光纖光柵傳感的應(yīng)用現(xiàn)狀17-18
• 1.3 鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)測(cè)量的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容21-22
• 第二章 光纖光柵用于檢測(cè)鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)的理論基礎(chǔ)22-32
• 2.1 光纖光柵傳感器的工作原理22-25
• 2.1.1 應(yīng)力對(duì)FBG的作用23
• 2.1.2 溫度對(duì)FBG的作用23-24
• 2.1.3 FBG對(duì)溫度和應(yīng)變的交叉敏感問(wèn)題24-25
• 2.2 鉆具的壓彎扭分離與修正原理25-28
• 2.2.1 圓柱管(桿)的壓彎扭分離原理25-27
• 2.2.2 外螺旋鉆桿壓彎扭的分離與修正27-28
• 2.3 鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具的熱量分析28-29
• 2.3.1 鉆具熱量的來(lái)源28-29
• 2.3.2 鉆具熱量的耗散29
• 2.4 檢測(cè)方案29-31
• 2.4.1 光纖光柵傳感器的信號(hào)解調(diào)原理29-31
• 2.4.2 鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)的有限元分析32-48
• 3.1 有限元仿真簡(jiǎn)介32
• 3.1.1 有限元分析法32
• 3.1.2 仿真軟件簡(jiǎn)介32
• 3.2 鉆具的熱力學(xué)參數(shù)仿真32-42
• 3.2.1 鉆具和工件的有限元模型的建立32-34
• 3.2.2 鉆具和工件模型的網(wǎng)格劃分34-35
• 3.2.3 設(shè)置邊界條件和材料屬性35
• 3.2.4 仿真結(jié)果及其分析35-42
• 3.2.5 溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的選定42
• 3.3 鉆具力學(xué)參數(shù)仿真42-47
• 3.3.1 鉆具力學(xué)參數(shù)仿真42-47
• 3.3.2 鉆具力學(xué)參數(shù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的選定47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 基于光纖光柵的鉆具力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究48-67
• 4.1 空心圓管靜態(tài)壓彎扭實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究48-54
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置48-53
• 4.1.3 誤差分析53-54
• 4.2 鉆桿鉆進(jìn)過(guò)程中力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究54-65
• 4.2.1 光纖光柵溫度傳感器的封裝與標(biāo)定54-55
• 4.2.2 光纖光柵應(yīng)變傳感器的溫度靈敏度標(biāo)定55
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置55-56
• 4.2.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果56-65
• 4.2.5 誤差分析65
• 4.3 本章小結(jié)65-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 總結(jié)67
• 5.2 展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文74

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本文編號(hào)：1088670