铅垂井段钻柱的动力分岔研究

基于弹性大变形理论 ,考虑到轴力沿钻柱轴线的变化及其对钻柱弯曲变形的影响等因素 ,将受自重作用的铅垂井段钻柱在波动钻压激励下的振动转化为一个参数激励系统 ,用 Galerkin方法首次得到了描述此系统的 Mathieu方程 ,并通过将方程的解展成富里叶级数的方法 ,得到了该振动系统的动力分岔值曲线及其所包围的动力不稳定区。当钻井作业参数落在动力不稳定区时 ,钻柱将发生破坏性振动。根据钻柱的物理与几何性质及钻柱的工作状态 ,首次推导出了参数激励系统分岔参数的计算公式 ,并据此开发了相应的程序模块。该模块可以根据钻井现场的实际情况 ,提供合理的转速和钻压等作业参数 ,以避开动力不稳定区 ,改善钻柱的工作状态 ,延长其工作寿命。

铅垂井段钻柱在浮重作用下的静力分岔分析

以往研究钻柱静力稳定怀的文献大都忽略了轴力沿轴线变化而产生的影响，因而得出的结果与实际情况有一定差距，本文在考虑几何非线性和轴力沿线轴变化的基础上，研究了铅垂井段钻柱柱在浮重作用下的静力分岔行为，得到了钻柱发生静力分岔的前六阶分岔值及相应的分岔解，由此，我们不仅可以得到钻柱发生静力分岔时的临界钻压和临界长度，而且还可以根据分岔解为钻井工程中稳定器和弯接头的安装提供参考位置。

扭矩对铅垂井段钻柱静力分岔的影响

以往研究钻柱静力稳定性的文献大都不加说明地略去扭矩对钻柱发生静力分岔的影响，本文在考虑了几何非线性和轴力沿线线变化的基础上，研究了铅垂井段钻在浮重及扭矩共同作用一年静力分岔行为，得到了钻柱发生静力分岔的前六阶分岔值曲线，分析了扭矩的对钻柱发生静力分岔的影响。

井孔约束下水平井段钻柱的浑沌运动

考虑了钻柱即时构形中轴向力对钻柱弯曲的影响 ,计及由于弯曲变形而产生的轴向附加力 ,得到了水平井段钻柱在周期性波动钻压激励下的非线性参数激励振动系统 ,导出了根据钻柱的物理和几何性质以及井孔尺寸计算系统参数的公式 .先通过Galerkin法对控制方程在空间域内加权消残 ,然后在时间域内用Melnikov Holmes方法得到了钻柱可能发生浑沌振动的参数激励的阈值 .文中结果可能对钻井轨迹的控制具有一定的指导意义 .

铅垂井段钻柱的浑沌运动

考虑了钻柱即时构形中轴向力对弯曲变形的影响 ,计及由于钻柱弯曲而产生的轴向附加力 ,得到了铅垂井段钻柱在周期性波动钻压激励下的非线性参数激励振动系统。将非线性动力系统理论用于钻柱动力学的研究 ,用 Melnikov- Holmes方法得到了钻柱可能发生浑沌振动的参数激励的阈值 ,推导了根据钻柱的物理与几何性质计算动力系统参数的公式。作者根据本文提供的计算方法和计算公式编制了相应的程序模块 ,可为钻井现场提供合理的工作参数 ,使钻柱运动远离浑沌区 。

扭矩和边界约束对水平井钻柱静力分岔的影响

分析了轴向力和扭矩对钻柱弯曲变形的影响,推导出在井孔约束下水平井段钻柱的非线性静力分岔微分方程。采用Galerkin方法对其简化形式的研究表明,在钻井工程中,水平井段钻柱的静力分岔主要取决于钻压和井孔尺寸,扭矩产生的影响可以忽略。在不计扭矩情况下,用解析法求得的两端铰支模型钻柱的临界钻压与用能量法得到的结果相同。对铰-固模型钻柱静力分岔的研究表明,当钻柱屈曲后形成的半波数达到4以上时,两种模型计算的临界钻压差别很小。因此,对水平井段较长的钻柱可用比较简单的两端铰支模型计算其临界钻压。

铅垂井段钻柱（铰—固模型）的静力屈曲

对钻柱的静力屈曲行为进行深入的研究，对于改善其工作状态，延长其工作寿命具有重要的意义。在以往的研究工作中，轴力沿钻柱长度变化的因素常常被忽略。本文为化的轴对钻柱屈曲的影响，得到了描述柱和屈曲的非线性微分方程。

钻井液的流动对钻柱屈曲的影响

将内有流动液体的受压段钻柱抽象成铰支细长压杆，考虑了钻井液的流动速度对钻柱屈曲的影响，建立了相应的分岔微分方程，通过对方程的解析求解，得到了钻柱发生各阶分岔的分岔值方程及分岔值曲线。所得结果对钻井作业具有一定的指导意义。

数学规划加权残值法分析文克勒基础板问题

本文利用ａｐｌａｃｅ处工子的单调性，证明了文克勒地基上基础板问题平衡方程的单调性，通过建立数学规划问题，求出了中点挠度偏大的最小解及偏小的最大解，精确解位于基间。

数学规划加权残值法分析薄板与薄壳的几何非线性问题

使用数学规则加权残值法（MP－MWR）分析了薄板大挠度及薄亮的非线性稳定问题．在两者应变协调方程严格满足的情况下，论证并利用平衡方程的单调性，建立数学规划问题，首先得到均布载荷四边商支方极中心挠度的最小小界及最大下界，经典Levy解位于其间，其次，文中首次揭示了薄壳非线性平衡方程单调性的"逆变"现象，探讨了用MP－MWR及"逆变"现象确定结构跳跃点的可能性，为计算其临界载荷提供了一个新方法。若取最小上界及最大下界的平均值作为近似解可用较少的工作量得到误差界可知的高精度计算结果．

顶端受竖向集中力的圆锥的应力与位移

本文选择适当的应力函数并使其满足相应的边界条件,得出了顶端受竖向集中力的半无限圆锥体中的应力与位移的分布.半空间体在边界上受法向集中力的布希涅斯克(Boussinesq)解可以作为一个特例从本解答中得到.

CADI磨球落球疲劳试验中的应力数值模拟及失效分析

应用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对CADI磨球在落球疲劳试验单次落球过程中的应力场进行了数值模拟。结果表明:磨球碰撞接触界面剪应力峰值出现在略偏离接触界面中心位置,等效应力峰值出现在接触界面中心位置。残余等效应力峰值和残余剪应力峰值均出现在撞击部位周围挤压区。作者认为,是残余应力的累积、应力诱发马氏体相变和加工硬化、磨球材质及冶金质量等综合因素引起的材料疲劳损伤导致了磨球的表层剥落失效。磨球亚表层夹渣物的存在是造成剥落失效的直接原因。

垂直井中旋转钻柱受拉段分岔研究

在以往对钻柱稳定性的研究中 ,人们对受压段钻柱的稳定性问题给予了足够的重视 ,而对受拉段钻柱稳定性的研究则明显不足。钻柱属于细长柔性杆件 ,大部分钻柱在工作时处于受拉状态。在旋转钻井作业中 ,当钻柱较长且转速与拉力存在某种关系时 ,钻柱受拉段也会发生屈曲变形。考虑到垂直井中钻柱受拉段在旋转时的转动效应 ,建立了顶部悬挂、受分布浮重作用的旋转细长钻柱的分岔微分方程。通过对方程的数值求解 ,得到了相应的分岔值曲线。利用该计算模型可以模拟石油钻井工程中旋转细长钻柱受拉段的工作状态 ,所得结果对钻井作业具有一定的指导意义。

垂直井中受压段旋转钻柱的分岔研究

主要目的是研究钻柱的转动效应对铅垂井段钻柱屈曲行为的影响。通过考虑垂直井中受压段钻柱在旋转时引起的惯性力,建立了在分布浮重作用下旋转钻柱的分岔微分方程。通过对方程的数值求解,得到了旋转钻柱发生屈曲时的前四阶分岔值曲线及相应的屈曲构形。计算结果表明,随着钻柱转速的提高,发生各阶屈曲的临界钻压将明显降低。通过对工程实例的分析得知,转动效应对受压段钻柱的屈曲行为有不可忽视的影响。

三维井孔轴线的几何描述与套管摩阻的数值模拟

为了用测斜数据描述井孔轴线的几何特性,以便于对下套管作业中的摩擦阻力进行预测,以微分几何理论为基础,建立了井孔轴线上的井斜角、方位角与自然坐标系各单位矢量的几何关系,得到了用井斜角和方位角的变化率表示的曲率和扭率,并提出了对测斜数据进行插值和光顺化处理的方法。另一方面,考察了井孔内具有抗弯刚度套管微元的平衡状态,建立了套管微元所应满足的控制微分方程及其差分格式。通过对控制方程的求解可以得到套管上各点的约束反力和摩擦阻力。

斜井中钻柱的稳定性研究

利用弹性杆的大变形理论,在拖带坐标系下建立了斜直井孔约束下钻柱的平衡微分方程。为了比较端部不同约束对钻柱屈曲行为的影响,分别采用两端铰链支承和一端滑动固定、一端铰链支承模型对钻柱的控制微分方程进行了级数求解,并用迦辽金方法在空间域内加权消残,得到了屈曲发生时无量纲的结构参数与井孔几何参数之间的关系,并绘制了相应的分岔值曲线。研究结果表明,随着井斜角的增加和井孔视半径的减小,钻柱发生屈曲的临界载荷亦越来越大。得到的分岔值曲线对于预测钻柱屈曲行为的产生具有一定的参考意义。由于两个模型给出几乎相同的分岔值,说明控制斜直井孔内钻柱屈曲行为的主要因素是井壁的侧向约束,而端部不同边界条件的影响可以不计。

弹性薄板固有振动分析的一种解析方法

提出了弹性薄板固有振动分析的贝蒂-瑞利互等功法．以常见约束情况下的矩形板为算例说明了该方法的分析过程，用止匕法求得的固有频率（方程）与已有的解析解完全一致．

液体流动激励下拉(压)杆屈曲行为的研究

将内有流动液体的受拉(压)管件抽象成细长杆件,考虑了液体的流动速度对管件屈曲的影响,建立了相应的分岔微分方程,通过对方程的解析求解,得到了这类杆件发生各阶分岔的分岔值方程,并画出了各阶分岔值曲线.结果表明,在一定条件下,管内液体的流动对拉(压)杆的屈曲行为具有明显的影响.

基于数值模拟的线材轧制成形过程研究

通过对线材热连轧过程传热关系进行分析,利用热力耦合弹塑性有限元方法建立了线材与轧辊的三维数值计算模型,结合热轧生产线的实际情况,对高速线材轧制生产线预精轧区六道次轧制过程中的温度场、轧制力与轧制力矩进行了模拟计算。分析了变形区内温度场的分布和变化规律,探讨了轧制过程中所涉及的几何、材料和边界条件等多重强非线性问题,计算结果为生产工艺制度的改进、工艺参数的优化以及微观组织变化规律的研究提供了理论依据,对现场生产也有重要的参考价值。

法向承力锚拖曳力研究

运用非线性有限元分析方法,研究了方形锚板埋深、系缆力角度等因素对极限承载力的影响,并绘制出了塑性屈服包络线.根据塑性理论,塑性屈服包络线可用于预测极限承载力及锚板的拖曳轨迹.