导弹水下潜射过程的流体—固体耦合仿真

导弹潜射是集高速流动、冲击、结构响应于一体的流体—固体—气体三态非线性耦合复杂过程,是决定潜射导弹发射成败的关键环节。本文应用LS-DYNA显式程序建立了三种包含水体、空气、导弹、发射井和筒盖的多物质耦合ALE网格模型,使用罚函数流体—固体耦合方法对导弹水下无攻角潜射过程进行了数值模拟,给出了弹体质心的轴向加速度、轴向流体阻力及阻力系数、空泡区压力分布。仿真结果表明,模型2的仿真过程与实际导弹潜射过程最为相符。同时总结介绍了LS-DYNA程序中流体—固体耦合计算的相关设定原则和方法。本文可为潜射导弹的水动力载荷设计和数值仿真提供有益的参考。

管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟

简述了近年来超声导波技术的发展现状及其检测原理 ,并用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟。管道模型中 ,删除单元模拟管道周向裂纹 ,通过对管道一端端部周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟纵向入射应力波 ,同端接收反射应力波 ,根据裂纹纵波回波信号到达时间和反射系数能较为精确地判断裂纹位置、周向开口裂纹长度、管壁减薄程度及裂纹截面积 ,但反射系数对管道轴向裂纹宽度不十分敏感。数值模拟结果与前人实验结果及理论计算结果吻合较好。

管道应力波检测技术及研究进展

综述了应力波检测技术及其应用研究进展 ,对应力波技术在管道损伤检测中的应用进行了重点评述 ,主要内容涉及应力波的传播特点、实验检测方法及数据处理方法等 。

旋转导向系统三翼肋偏置位移矢量控制方案

利用三翼肋静态偏置式旋转导向工具,研究了偏置位移矢量控制方法,将其简化为控制平面内位移矢量的合成与分解。结合工程实际要求,提出了分位移矢量计算的就近原则和最小能量原则。考虑到外套旋转角速度和翼肋动作到位时间,提出了分位移矢量计算方法,并实现了编程控制。将控制程序嵌入井下微处理器中,与随钻测量系统、地面监控系统构成信息大闭环控制系统,给出了具体应用方法,为旋转导向工具研制及现场应用提供理论依据和指导。

旋转导向工具驱动芯轴刚度与疲劳强度设计方法

综合考虑钻压、井斜角、芯轴重力、钻井液作用、芯轴自转和涡动角速度、芯轴结构和材料参数等因素的影响,提出了动态条件下三翼肋静态偏置位移式旋转导向工具驱动芯轴刚度和疲劳强度设计方法;分析评价了基本参数和优化参数工况下芯轴的刚度和疲劳安全性。本文研究成果可为旋转导向工具驱动芯轴的设计、优化以及安全钻进参数的选取提供参考。

混凝土动态劈裂拉伸试验的数值模拟(英文)

采用LS-DYNA有限元编码程序,对混凝土的动态劈裂拉伸试验进行了数值模拟。给出了混凝土试样在不同类型加栽情况下应力分布之间的差异,证实了动态劈裂拉伸试验的有效性,提出了改进试验方法的若干结论.

柔性短节对RSBHA导向力特征的影响分析

旋转导向系统是实现井眼轨迹精确控制的核心工具,代表了当前井眼轨迹控制技术的最高水平。在带旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)中,都带有柔性短节,但至今未发现有关柔性短节对旋转导向工具控制效果影响的文献。文章在建立了带位移工作方式旋转导向工具的底部钻具组合(RSBHA)的三维小挠度力学分析模型的基础上,加入柔性短节的连续条件,采用加权余量法对模型进行了求解。分析了柔性短节位置及长度对RS-BHA侧向力的影响规律,并对RSBHA进行了实例计算分析。静力学结果表明,在不同的RSBHA工作模式下,柔性短节长度和位置对钻头侧向力的影响规律不同,柔性短节材料对钻头侧向力的影响较小,而稳定器间距具有较大影响,国外公司的RSBHA结构已经过优化。

对结构多位置损伤定位分析方法的探讨

从理论上计算了几种多位置损伤检测方法对结构刚度的敏感度,选用工程上常见的矩形等截面悬臂梁,通过实验模态,对梁损伤引起的模态频率迁移进行了分析,从实验角度对这几种方法的敏感性和有效性进行了比较,并就它们在实际应用中的不足之处进行了讨论。实验结果表明,基于应变模态的损伤指标对承弯结构的损伤更敏感。

梁结构裂纹参数的识别方法

以Bernoulli-Euler梁振动理论为基础,引入断裂力学中能量释放率的概念,得到承弯梁出现横向裂纹时其固有频率的变化与裂纹参数的简化表达式,讨论梁裂纹参数、几何参数对固有频率的影响。利用这一表达式,提出一种识别裂纹位置和深度的数值方法,最后,用含裂纹等截面悬臂梁的实验验证所提方法。结果表明,在固有频率误差较小的情况下,文中方法可给出梁结构中裂纹位置和深度,可为更精确的局部探伤指出探测范围。

不确定边界条件下悬臂梁裂纹参数识别方法研究

基于Bernoulli-Euler梁振动理论,以等效弹簧来模拟裂纹引起的局部软化效应和由非完全固支边界条件引起的转角效应。推导了悬臂梁在不确定边界条件下确定其振动频率的特征方程,直接利用该特征方程,提出一种有效估计裂纹参数的优化方法,通过计算测量频率和理论频率之间的误差目标函数最小化即可识别裂纹参数-裂纹位置和深度。最后,应用两个实例-理想固支边界条件下和非完全固支边界条件下的悬臂梁实验来说明本文方法的有效性。实验结果表明:只需梁结构前三阶频率即可识别裂纹位置和深度。对于理想边界条件下的裂纹参数识别,在测量频率存在小误差情况下,该方法仍能给出比较满意的结果,对于非完全固支边界条件下的裂纹参数识别,利用本文方法能得到比Narkis的方法更精确的裂纹位置识别结果。同时本文方法还能给出比较满意的裂纹深度识别结果。

弯角马达工具面动态控制系统研制及试验

常规方法调整弯角马达工具面时作业效率低,易发生工具面漂移、托压等复杂情况。基于顶驱和MWD系统研制了一套弯角马达工具面动态控制系统,该系统可自动判断工具面偏移情况并发送指令至顶驱定位系统,实现连续滑动钻进过程中对工具面的实时监测和自动控制。仿真测试及现场试验结果表明,所研制的弯角马达工具面动态控制系统具有良好的快速响应及稳定性,滑动钻进时工具面可控制在目标值±10°范围内,具有较好的现场应用价值。

基于传递矩阵法的裂纹参数识别方法研究

以等效弹簧模拟裂纹引起的局部软化效应,利用传递矩阵法推导了含裂纹梁在各种边界条件下的频率特征方程,直接利用该特征方程在获得前三阶频率后画出对应于各阶频率的裂纹深度和裂纹位置关系曲线,三条曲线的交点坐标就是裂纹参数的识别结果。对裂纹悬臂梁的数值模拟和实验方法验证了该方法的有效性。实验结果表明,该裂纹识别方法理论推导简单,适用于复杂边界条件下的裂纹识别问题,实验结果和数值结果基本一致。

三峡升船机系统动态响应分析

根据三峡升船机最新设计报告,采用有限元软件ANSYS构建了升船机系统有限元模型,包括承船厢、提升钢索、滑轮组、平衡重、厢内水体、驱动机构和刹车机构;通过数值模拟,对升船机系统进行了模态分析及动态响应研究,内容包括升船机系统的流固耦合模态及其在各种工况(起动、刹车、事故)下的动态响应和影响因素分析,如弹簧刚度、误载水深、阻尼、承船厢的位置等。计算结果表明:对于升船机这样一个复杂系统,该文所建立的有限元模型及数值算法是合理的,其结果可为升船机系统整体设计提供必要的参考。

全井钻柱系统多体动力学模型

采用绝对节点坐标法建立了三维井眼全井钻柱系统多体动力学模型,将大长细比全井钻柱离散为绝对节点坐标梁单元,讨论了梁单元格式,并研究了井口、钻头处边界以及钻柱与井壁的接触/摩擦模型,给出了包含绝对节点坐标梁单元的钻柱系统运动方程。采用向后差分法求解微分-代数方程组,全面计算分析了全井钻柱系统的受力变形、摩阻扭矩、耦合振动、涡动、动力屈曲等力学特性,可在钻柱动力学研究和工程应用中发挥作用。

通过缩比试验数据计算潜射导弹的载荷

即使潜射导弹缩比模型试验中弹道、弹体外形、空泡生成、发育、回射及溃灭规律满足缩比相似律,但由于模型的结构动力学特性相似关系难以满足,导致缩比试验数据难以直接计算原型载荷。提出了一种利用缩比模型试验弹体表面测压数据计算原型弹体横向动力响应的修正计算方法。该算法将测压数据分解为"空泡回射与溃灭"水动力和与弹体结构振动有关的水动力两部分。通过对第一部分水动力建立确定的数学模型,对第二部分水动力用附加质量和附加阻尼进行表述,基于该算法计算得到了原型弹体的动力响应,并与水动力直接转化算法进行了比较。结果表明二者的差别不可忽视。此方法可为潜射导弹载荷计算提供有益的参考。

全井钻柱系统耦合振动多体动力学模型的建立与算例分析

基于绝对节点坐标法建立全井钻柱系统的多体动力学模型,研究系统的耦合振动现象;将大长细比柔性钻柱离散为绝对节点坐标梁单元,讨论梁单元格式,并研究井口、钻头处边界及钻柱与井壁的接触/摩擦模型,给出包含绝对节点坐标梁单元的钻柱系统运动方程;采用向后差分法求解微分-代数方程组,开发多体动力学求解器及相应的前、后处理器。通过直井、定向井算例分析了全井钻柱系统的轴向、扭转、横向耦合振动特性,结果表明本文提出的力学建模和数值分析方法可实时捕捉到钻柱系统的耦合振动现象,能够在钻柱系统动力学研究和工程应用中发挥作用。

海上油田高效开发钻完井关键技术研究新进展

随着越来越多的海上油田开发进入中后期,油田开发效益越来越差,钻完井费用高、生产井含水高、环境保护要求高等问题越来越突出,给油田高效开发钻完井技术提出了新的挑战。面对海上油田高效开发中存在的难点,“十三五”期间中国海油深化研究提高单井效能、降低成本、环境友好的钻完井技术体系,聚焦3个方面:(1)研发高效滑动导向控制系统提高钻井效率、优化防砂方式降低钻完井成本;(2)研发新型控水完井工具稳油控水提高单井效能;(3)从源头上减少废弃物的产生、通过集约处理废弃物满足高环保要求,实现环境友好。形成了一套高效、低成本、环保的海上油田开发钻完井技术体系,为海上油田高效开发提供了有力的技术支持。“十四五”期间将继续开展超稠油、超高温高压、深层超深层、深水超深水等复杂情况下的低成本钻完井技术、提高效能钻完井技术、环保钻完井技术等技术的研究。

偏心位移控制旋转导向钻井工具研制及关键技术

在概括旋转导向钻井技术应用现状的基础上,介绍了偏心位移控制旋转导向钻井工具的工作原理,重点讨论其关键技术点,论述工具面稳定及控制方法,阐述了双向信息传输系统的的实现过程,通过系统试验证明研制的旋转导向钻井系统初步实现了稳斜、造斜、扭方位功能,现场试验最大造斜率达到3.41(°)/30 m。

一种滑动导向钻井工具面自适应控制方法

滑动导向钻井过程中,由于钻柱滑动摩擦阻力较大,工具面角的调整速度较为缓慢,且大多依赖司钻的经验,大大降低了钻井工作效率.论文建立了滑动导向钻井系统工具面控制对象的简化传递函数模型,并针对该模型提出一种具有自适应性的工具面动态控制方法.该方法采用微分正反馈控制律以提高工具面角的调整速度,并利用自适应方法对模型参数进行在线辨识,实时修正控制参数.最后通过动力学仿真验证了该方法能实现工具面角无超调无稳态误差的快速响应,且能根据参数辨识结果自动调整控制参数,无需依赖司钻经验,从而有效提高滑动导向钻井的工具面调整效率.

海洋钻井隔水管多体动力学求解器开发

海洋钻井隔水管系统是深海油气田开发必要的装备之一,关系到深水油气田钻完井生产安全。目前全球通用的隔水管系统分析软件都基于有限元分析方法,无法实现对隔水管系统的精细化建模和整体求解,论文通过先进的多体动力学求解方法,构建海洋钻井隔水管多体动力学求解器,实现了钻井平台-隔水管-水下井口系统的耦合分析,具有与全球先进隔水管专业分析软件类似的功能,如作业窗口、漂移窗口、模态、回弹分析功能,又具备更先进的精细化模型构建、内部钻井液和钻柱分析功能。该求解器对隔水管系统的分析水平带来较大的提升,具有广阔的应用前景。