周向冲击扭矩作用下PDC钻头的黏滑振动分析

黏滑振动是PDC钻头钻井过程中一种常见的现象,它会引起钻头过早失效、钻进效率低等问题,使钻井成本升高。在钻头上部安装一套扭力冲击器,可在钻进过程中给钻头提供一个周期性的高频周向冲击载荷,减少扭矩的积蓄时间,减轻PDC钻进过程黏滑振动。通过对周向扭力冲击器作用下的PDC钻头在钻井过程中的工况分析,结合钻头钻进力学分析和岩石破碎学,建立了PDC钻头在周向往复循环冲击载荷作用下的破岩力学模型。对其数值仿真后结果表明,在一定的冲击扭矩作用下,钻进岩石内聚力为40 MPa的岩层时,卡钻时间减少了51%。这说明对钻头施加周向冲击后可以减轻黏滑振动。研究结果可为周向扭力冲击器在PDC钻头钻井作业过程中的使用提供理论支撑。

平面正弦钢球传动机构的钢球力学分析

研究了一种采用定盘输出、保持架固定,无偏心的平面正弦钢球传动机构,具有良好的散热性,弥补了圆柱正弦活齿传动机构的不足。通过建立平面正弦钢球传动机构的钢球力学模型,同时进行求解得到接触力与惯性力的变化规律,结合仿真验证了力学模型的准确性,为机构的强度校核及振动分析提供了理论依据。

基于非圆齿轮的卡登圆行星机构运动学分析与仿真

根据卡登圆行星机构的结构几何特征推导出该结构连续运动的必要条件。通过运动分析,得到了卡登圆行星机构输出的正弦波的位移、速度和加速度函数。结合卡登圆行星机构具体工程应用要求,在各部件尺寸一定的条件下,通过匀速电机驱动非圆齿轮副,带动卡登圆行星机构,改善了卡登圆行星机构的输出运动特性,提高了其综合性能,为串联组合机构、结构优化设计提供可靠的研究方法。

平面正弦钢销传动机构的传动特性研究

圆柱正弦活齿传动机构,具有径向尺寸小、结构紧凑、传动效率高的特点,由于空间正弦曲线槽的复杂性,使得其加工困难、安装复杂,并且封闭的内腔不利于散热。研究了一种采用定盘输出、保持架固定、无偏心的平面正弦钢销传动机构,具有良好的散热性,弥补了空间正弦减速器的不足。通过对平面正弦钢销传动结构的工作原理及传动特性分析,确定了判断输出旋向的方法,推导了其传动比计算公式,并结合运动学模拟仿真,验证了该装置的运动特性及计算的准确性,为机构的设计和应用提供了依据。

卡登圆行星机构动力学分析

根据卡登圆行星机构的运动规律,利用几何解析法得到机构运动方程,从能量角度出发,建立该机构的动力学方程。得到卡登圆行星机构的输入扭矩及输出广义力随时间的变化规律,定性地绘制了卡登圆行星机构的载荷谱;对该系统响应规律进行分析,研究了影响该系统动力学特性的因素,并分析了其动力学特性的优越性,将仿真与理论计算进行对比,验证了研究的可行性。

平面正弦钢球传动机构扭振动力学及灵敏度分析

随着平面正弦钢球活齿传动在各行业的广泛应用,其动态特性和振动问题的研究也显得极为重要。针对平面正弦钢球传动机构的扭转振动模型及其固有特性,采用集中参数法建立了5自由度的扭转振动力学模型。根据无阻尼自由振动方程,计算系统的固有频率和模态振型;采用偏导数法分析系统固有频率对惯量参数和刚度参数的灵敏度,归纳出对系统固有频率影响较为显著的结构参数。通过修改对系统固有频率灵敏度较高的参数,以避免系统与外界激励产生共振,从而提高了系统运行的稳定性。

平面正弦钢球传动机构接触力影响因素分析

建立了平面正弦钢球传动机构的钢球接触力分析模型,在MATLAB中使用Newton-Raphson的方法绘制出主动圆盘正弦轨道对钢球的接触力、保持架活动槽对钢球的接触力以及从动圆盘正弦轨道对钢球的接触力随主动圆盘转角的变化曲线。同时,以正弦曲线振幅、平面正弦曲线槽周期、法线圆半径以及正弦轨道截面圆半径为基础,使用控制变量的方法进行数值模拟,归纳出平面正弦钢球传动机构中基本结构参数单独改变时钢球接触力曲线特性的变化规律。最后,将设计经验与理论数值相结合确定了机构中基本结构参数的取值,为平面正弦钢球传动机构中钢球接触力的优化设计提供了理论依据。

基于神经网络和小载荷的疲劳损伤计算

疲劳损伤计算的精确程度对于疲劳寿命的估算精度至关重要。机械零件或构件在服役期间所受到的载荷绝大部分是随机变幅载荷,各级载荷之间的相互作用效应十分明显,小载荷的强化损伤作用及其不确定性也不可忽视,因此,对于单次循环载荷对机械零件造成的损伤量计算问题必须综合考虑这些因素。提出了一种将非齐次泊松过程理论与小载荷及其不确定性和伴随损伤相结合来计算疲劳损伤量的方法。基于传统疲劳累积损伤理论,运用非齐次泊松过程模拟随机载荷,结合小载荷理论和不确定性理论,在考虑载荷作用次序的条件下,建立了机械零件在随机载荷作用下的疲劳损伤估算模型。该方法在理论层面上对已有的疲劳损伤计算理论有所补充,且采用神经网络的方法对幂律模型参数的估计可以产生更小的误差,45钢8级随机载荷的疲劳试验数据验证了该方法的准确性。

基于LS-DYNA的理想弹塑性材料本构关系模型开发基本方法

LS-DYNA是一款功能强大的有限元分析计算软件,软件自身含有强大的材料库,更允许用户添加自定义的材料本构关系模型,用于得到更准确的仿真结果。基于该平台,介绍了该软件与用户自定义材料子程序之间的数据交互关系,并利用弹塑性力学相关知识,分别建立了理想弹塑性材料的弹性本构关系与塑性本构关系,最后通过算例验证了所构建材料本构关系的正确性,并编写了基于LS-DYNA平台的理想弹塑性材料本构关系,介绍了开发的基本方法,为应用自编写复杂本构关系材料的工程仿真提供了基础。