基于刚柔耦合动力学的泥浆泵动力端疲劳寿命预测与参数优化
泥浆泵在石油钻探中扮演着举足轻重的角色,它的主要功能是在钻井过程中将泥浆或水随钻头注入井下,具有冷却钻头、携带岩屑、清洗钻具、保护井壁等作用,是石油钻探过程中必不可少的钻探设备。目前国内使用较为广泛的石油钻探泥浆泵类型是三缸作用往复泵,其突出缺点是工作效率低、功能部件寿命短、体积庞大。泥浆泵动力端的性能与尺寸决定着泥浆泵整体的性能及尺寸,而连杆与输入轴是泥浆泵动力端的重要组成部件,连杆在实际工作过程中承受交变应力作用,受力情况较复杂,而输入轴是泥浆泵动力端中薄弱零件,强度较小,应力集中。本文首先对连杆和输入轴进行动...
泥浆泵在石油钻探中扮演着举足轻重的角色,它的主要功能是在钻井过程中将泥浆或水随钻头注入井下,具有冷却钻头、携带岩屑、清洗钻具、保护井壁等作用,是石油钻探过程中必不可少的钻探设备。目前国内使用较为广泛的石油钻探泥浆泵类型是三缸作用往复泵,其突出缺点是工作效率低、功能部件寿命短、体积庞大。泥浆泵动力端的性能与尺寸决定着泥浆泵整体的性能及尺寸,而连杆与输入轴是泥浆泵动力端的重要组成部件,连杆在实际工作过程中承受交变应力作用,受力情况较复杂,而输入轴是泥浆泵动力端中薄弱零件,强度较小,应力集中。本文首先对连杆和输入轴进行动力学分析,观察其应力集中部位,然后对其进行疲劳寿命预测,在保证疲劳可靠性的前提下进行参数优化,从而深入了解泥浆泵整体工作特性及受力状况,为提高泥浆泵整体性能提供可靠的参考依据支撑。通过连杆和输入轴进行参数优化,为泥浆泵整体轻量化提供参考依据。
  本文主要研究内容由以下部分组成:
  第一部分:泥浆泵动力端刚体动力学分析,运用平面运动学对泥浆泵动力端受力进行分析,探索泥浆泵受力情况及运动规律。建立泥浆泵动力端的刚体三维模型,并在动力学分析软件ADAMS中进行运动仿真,获得泥浆泵动力端连杆与输入轴的运动学曲线以及受力情况。
  第二部分:泥浆泵动力端刚柔耦合动力学分析,将连杆和输入轴在Hypermesh中进行模态分析为零件在容易发生共振而产生破坏的区域和频率提供数据参考。建立刚柔耦合动力学模型,运行仿真结果与刚体动力学结果对比,研究柔性体连杆和输入轴的动力学特性更符合实际情况的原因,此方法为泥浆泵动力端的运动学特性提供精确的数据支撑,也为动力学分析提供了一种新方法。
  第三部分:对连杆与输入轴寿命预测,找出应力集中区域,并对所得结果进行计算,预测零件使用寿命,最后对应力集中部位提出改进措施。
  第四部分:连杆和输入轴的参数优化,在保证连杆和输入轴疲劳强度的前提下运用Matlab中的Fmincon函数对连杆和输入轴进行参数优化,为泥浆泵整体轻量化设计提供参考依据。
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作者: 叶丹
学科专业: 机械工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 重庆交通大学
导师姓名: 胡启国
学位年度: 2014
语 种: chi
分类号: TE926
在线出版日期: 2014年10月13日