基于cae的螺杆钻具结构分析及优化设计

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1、摘要当前，有限元技术在零部件设计中发挥着越来越重要的作用，它不仅缩短了设计周期，而且也大大提高了设计精度。本文利用有限元技术对螺杆钻具的关键部件——传动轴进行了静力分析，分析了传动轴在不同情况下的应力、变形状态，找到了其可能发生失效的危险部位；在对传动轴进行模态分析的基础上，找出了传动轴在受到干扰时易于发生振动的频率，为评估和优化设计提供参考：最后，根据生产的实际需要，设计出三种优化设计方案，通过对传动轴的多次分析，得到随参数变化的应力、变形曲线，为传动轴的改进和设计提供了可靠依据。论文采用了Unigraphics软件进行实体几何建模，应用有限元前后处理软件MSC．PATRAN对传动轴

2、模型进行网格划分、加载和约束处理，然后提交到MSC．NASTRAN软件中进行计算分析，并再次应用PATRAN软件对传动轴危险情况下的应力和变形结果进行可视化处理。分析中采用了MSC．PATRAN／NASTRAN中的多点约束(MPC)技术，有效模拟了水帽和传动轴之间的动力传递。有限元法在螺杆钻具产品设计中的应用，提高了产品的设计质量，保证了产品设计的可靠性，减少了产品的失效概率，为螺杆钻具的改型设计提供了理论支持。关键词：螺杆钻具有限元法MPC模态应力AbstractAtpresent，finiteelementanalysistechniquehasbeingplayingamorea

3、ndmoreimportantroleindesignofcomponents．Itcallnotonlyshortendesigncycle，butalsoimprovedesignaccuracy．Thispaperisaimedatapplyingfiniteelementanalysisofstaticstrengthofmodeloftransmissionshaftofdownholemotortoevaluatethestress、deformationandthedangerouspartofthetransmissionshaftunderdifferentcondi

4、tions．Soitcanprovidereliableinformationforthedesignandimprovementofthetransmissionshaft；andthenapplyingfiniteelementanalysisofNormalmodesoftransmissionshafttofindtheincidentfrequencyoflibrationwhenitiSinterfered，providingreferenccforevaluationandoptimizeddesign：atlast，accordingtothepracticalrequ

5、irementoffactory，designingthreemeansofoptimizeddesign．Thevariationalgraphsofstressanddeformationcanbegotbyreduplicatefiniteelementanalysisesoftransmissionshaft．SoitcanprovidereliableinfcIrmationforthedesignandimprovementofthetransmissionshaft．ThegeometricmodelisbuiltbyusingcADsofewareUnigraphics

6、．andthe3．DsolidgeometryoftransmissionshaftismeshedbyusingMSC．PATRAN,anFEMpre-andpost．processingsoftware，Andthen，aftertheloadandboundaryconditionsareapplied，themodelissubmittedtoFEMsoftwareMSC．NASTRANtobesolved．Theresultsofthestressanddeformationoftransmissionshaftundertwomostdangerouscasesarevis

7、ualizedinMSC．PATRAN，Inthesimulation，theMPCtechniqueofMSC．PATRAN／NASTRANisusedtosimulatethetransferofpowerfromthewatercaptotransmissionshaft．Theapplicationoffiniteelementanalysistechniqueimprovedesignofdownholemotor，ensuremli