随焊激冷对Inconel 625合金堆焊温度场的影响

采用ABAQUS软件对Inconel 625合金堆焊温度场进行数值模拟,结合响应面法建立了随焊激冷冷源参数和冷却速率的多元回归模型,分析了冷源参数主效应、交互效应对冷却速率的影响规律。结果表明:随着冷源宽度、冷源长度和冷源功率的增加,冷却速率逐渐增大,且影响顺序为:冷源功率>冷源宽度>冷源长度;冷源宽度在20 mm时,增加冷源长度对冷却速率的影响不明显;冷源长度在低水平值时,增加冷源功率对冷却速率的影响较小。

基于RSM的牙轮钻头滚动轴承优化设计

针对牙轮钻头滚动轴承滚柱端部应力集中现象、滚柱与滚道接触线上分布的应力较大的问题,采用响应面法与有限元法相结合的方式对牙轮钻头圆柱滚柱及内外滚道进行优化设计。基于等强度原则,结合响应面法建立了以滚柱凸度量δ、滚柱端头倒圆角半径r、倒圆角长度h为设计变量,以滚柱末端与中段应力差σ1、接触线上分布应力的平均值σ2为目标函数的优化数学模型。通过回归分析求得最优滚柱设计参数。考虑到实际钻井作业中轴承所受荷载为冲击荷载,运用有限元瞬态动力学仿真对最优结构进行可靠性分析,结果表明:优化后滚柱末端应力集中现象得以改善,接触线上分布的应力均值减小,从而提高了滚柱的承载能力,避免了在瞬态冲击下由于局部应力过大导致滚柱失效,改善了轴承整体寿命。

摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用

钻进过程中钻柱的非线性屈曲影响着摩阻扭矩试验装置的安全和平稳运行。针对现有的水平井摩阻扭矩试验装置,基于动力学软件ADAMS,结合力平衡理论和相似理论,建立了与真实试验装置具有一致钻井参数的水平井段钻柱-井壁动态非线性接触模型。研究了不同钻压下钻柱在井筒中的运动状态与钻柱系统各测点的偏移量,通过分析得到钻柱屈曲的临界预警钻压为29 N,进一步保证了装置的安全运行,提高了钻柱摩阻扭矩装置的试验效率。另因钻柱系统在井筒中的钻进过程难以观测,结合仿真结果,基于Keyshot软件重现了井下钻具组合钻进过程,实现了井下钻柱系统工作状态的可视化。在试验和理论相互补充、支撑的同时便于利用该装置针对钻柱摩阻扭矩开展更深层次的研究。

焊接顺序对角接接头残余应力和变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以ABAQUS软件为平台建立了焊接热固耦合有限元模型,利用Python语言编辑程序建立分析步,控制焊缝单元的按序填充,结合Fortran语言开发热源子程序,并对建模方法进行了有效性验证,结果表明:所建立的有限元模型能够准确地反映焊接残余应力与变形。基于所建立的有限元计算方法与板板角接接头有限元模型,分析了焊接方向对残余应力、变形的影响。结果表明:横向角变形是角接接头最主要的变形,其横向角变形在沿焊接方向逐渐变大并趋于稳定;兼顾残余应力及变形,确定方案c为最优焊接方案,即采取从两端向中间的焊接顺序可以有效降低角接接头横向变形及残余应力。

焊接顺序对牙轮钻头牙掌焊接质量的影响

牙轮钻头由3个牙掌焊接而成,然而焊接产生的变形对牙轮钻头的几何尺寸和性能有极大的影响。为了减小牙轮钻头牙掌焊接变形,建立了除工艺外2种焊接方案,利用ABAQUS有限元软件分析了3种焊接顺序对牙掌的残余应力和变形的影响,并计算了轴颈面中心点处的偏移量。分析结果表明:先焊接水平焊缝的方案二所产生的应力幅值相对最小,分布区域较小,而先焊接所有第1层螺纹焊缝和外圆焊缝的方案一表现出更大的应力幅值和分布面积;在焊接变形方面,方案一轴颈面中心点偏移量有所增加,而方案二优化明显,变形减小了35%。所得结论有助于在钻头焊接过程中准确控制钻头几何参数。

基于ABAQUS的牙轮钻头镶装工艺

基于热-弹塑性理论和弹性力学,以ABAQUS软件为平台,通过理论分析与仿真结果对比,验证镶齿有限元计算方法的准确性与可靠性,研究分析了相同过盈量下不同镶装工艺对牙齿、齿孔受力、变形的影响规律。结果表明:压齿力随着镶齿温度的升高而减小且齿孔应力波动减少,在高温下镶装可以减少牙齿对齿孔的冲击破坏,降低了对压齿设备的要求;镶装温度越高,齿孔冷却后径向变形越大;固齿力、Mises应力随着镶齿温度的升高而增大,保证牙轮材料不被破坏、避免大变形的前提下可以选择200℃镶装。

牙轮钻头牙齿镶装工艺有限元研究

牙轮钻头在破岩过程中容易因掉齿而导致钻头失效。为了减少钻头失效行为的发生,延长钻头的使用寿命,基于弹性力学理论及有限元仿真软件ABAQUS,对牙齿与齿孔过盈配合过程进行了理论分析与仿真结果对比,验证了镶齿有限元计算方法的准确性与可靠性;考虑不同齿圈牙齿镶装顺序对牙轮壳体强度和变形的影响,设计了多组试验方案进行仿真模拟,分析了相同过盈量下不同镶装顺序对牙齿、齿孔受力和变形的影响,进而确定了最佳的镶装工艺。研究结果表明:随着镶齿的进行,镶装时压齿力、固齿力和Mises应力均有增大的趋势;不同镶装工艺下,保径齿齿圈固齿力最大,Mises应力和所需压齿力最小;通过对比24组镶装试验,以壳体变形为评价准则,优选9-3241和10-3214为最佳镶装方案。所得结论可为牙轮钻头镶装工艺的制定提供指导。