聲頻振動鉆進技術(shù)主要是利用了振動源的高頻激振力,或和回轉(zhuǎn)作用力、外載壓力,促使鉆頭在這三種力的共同作用下,能夠高效地穿透軟巖層,進行環(huán)境鉆探、軟土原狀取樣或其它鉆孔工程。在整個的聲頻振動鉆進系統(tǒng)中,鉆柱桿作為連接鉆頭與動力頭的關(guān)鍵部件,是振動頭的振動能量向鉆頭傳遞的唯一路徑,開展對鉆柱桿振動的研究則變得非常重要。論文首先介紹了國內(nèi)外聲頻振動鉆進技術(shù)的研究發(fā)展近況,在綜述鉆柱桿縱向振動的理論內(nèi)容后,通過簡化鉆柱桿的結(jié)構(gòu),利用一維波動方程,推導(dǎo)出了在邊界條件為鉆機端定義為位移移動約束、鉆頭端定義為零約束的鉆柱桿的縱向振動模型方程,通過模態(tài)疊加法及分離變量法求解出模型縱向振動的解析解及模態(tài)特征參數(shù)(振型和振頻)的數(shù)學(xué)解析式。其次,在介紹了模態(tài)分析法求解桿縱向振動的模態(tài)參數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了仿真前的物理模型;還利用了SolidWorks創(chuàng)建了鉆柱桿的三維模型,運用ANSYS仿真軟件開展了對總長度為6m,直徑為34mm的鉆柱桿的模態(tài)仿真計算,得出了鉆柱桿模型的模態(tài)特征參數(shù)即固有頻率和振型,以及其他參數(shù)量(位移偏移量及應(yīng)力)的變化特性。根據(jù)得到的模態(tài)特征參數(shù)變化特點,可以更有效地提高聲頻振動的鉆進效率,為此后開展超深孔鉆具的縱向振動研究以及不同約束阻尼條件下的鉆柱桿的縱向振動規(guī)律研究具有一定的借鑒意義。通過此項研究,不僅可以提高聲頻振動鉆進的能量傳遞效率,還可以通過研究鉆柱桿產(chǎn)生共振時的應(yīng)力變化特性對鉆柱桿的強度進行校核及其結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計。因此,此項研究對聲頻振動鉆進技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P634.5
【部分圖文】：

時鉆進的雙管鉆具（如圖 1-2）、利用水封作用可在指定深度取樣并上不脫落或沉砂進入取樣管的水鎖鉆具和砂礫石取樣鉆具。而國內(nèi)主散軟底層進行取樣鉆具的研究與開發(fā)，即它只能適用于常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆進鉆進，針對聲頻振動鉆進而進行開發(fā)研制的取樣鉆具較少，其大多數(shù)鉆具進行取樣工作。017 年，查春青、柳貢慧等人則研制了能夠在一定程度上提高硬地層效率并同時能夠調(diào)試的 PDC 鉆頭黏滑振動的復(fù)合式?jīng)_擊鉆具（如圖 1場實驗結(jié)果分析：使用此種類鉆具的鉆進形式與“螺桿+PDC 鉆頭”進形式相比，其機械鉆進的工作效率提高了大約 60.2％，且在試驗過程中，PDC 鉆頭并沒有出現(xiàn)黏滑振動或者是崩齒的問題。雖然這是案例，但縱觀全領(lǐng)域界，目前對其配套的鉆具技術(shù)的研究依然較少。

PDC 鉆頭并沒有出現(xiàn)黏滑振動或者是崩齒的問題。雖然這是比的案例，但縱觀全領(lǐng)域界，目前對其配套的鉆具技術(shù)的研究依然較少。（a） 雙管鉆具的扶正裝置 （b） 哈邁的偏心雙管鉆具圖 1-2 雙管鉆具

利用動力學(xué)的近似理論與振動力學(xué)陳列出了鉆柱與應(yīng)力表現(xiàn)形式及其主振型與頻率方程。分析要利用了大型通用的有限元分析軟件 ANSYS，通過對簡化結(jié)構(gòu)S 模態(tài)仿真分析，在熟悉軟件的基礎(chǔ)上，優(yōu)先找出鉆柱桿模態(tài)型的變化特點。通過對約束條件的添加及改變鉆柱桿的結(jié)構(gòu)形柱桿的結(jié)構(gòu)，對其重新進行模態(tài)仿真分析，基本得到了實際工頻率、振型及其應(yīng)力的變化特性。術(shù)路線用到的主要技術(shù)路線如下圖所
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本文編號：2884075