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1、石油机械!32!CHINAPETROLEUMMACHINERY2009年第37卷第3期设计计算*基于动态链接库的三牙轮钻头仿真软件开发况雨春蒲勇赵增强伍开松杨迎新(西南石油大学)摘要利用计算机仿真技术,在三牙轮钻头几何学、运动学模型基础上,建立了钻头与岩石互作用模型。为解决软件运行效率及界面友好性问题,采用MATLAB软件编制程序进行模型求解,并将各求解模型分别编译成动态链接库。采用VBNET开发软件的输入界面,实现了其与动态链接库的数据交换。利用该软
2、件可在计算机上进行牙轮钻头仿真试验,这将大大提高牙轮钻头的开发效率,对解决工程实际应用问题有意义,对于其他仿真软件的开发具有很好的参考价值。关键词动态链接库VBNETMATLAB三牙轮钻头仿真软件模型三牙轮钻头结构复杂,影响牙齿运动的参数较当钻头旋转角速度为,轮体速比为i1、i2、多,研究钻头与岩石的互作用需要进行大量烦琐而i3,钻进深度为h时,若某颗牙齿上有n个离散又高成本的试验,费时费力。文献[1-5]利用点,则三牙轮钻头的运动仿真模型为:计算机仿真方法,用FORTRAN
3、、MATLAB等语言X1,Y1,Z1,1x1,y1,z1,1编程,模拟钻头的钻进过程,但存在着软件执行效X2,Y2,Z2,1x2,y2,z2,1=∀率不高、不易操作及通用性差的问题。笔者采用MATLAB软件编制程序,VBNET开发软件界面,Xn,Yn,Zn,1xn,yn,zn,1利用动态链接库技术实现二者的数据交换,大大提TRC∀TRB高了程序的执行效率,并可在Windows操作平台上其中,TRC、TRB
4、的意义分别与TRC、TRB相同。应用。而且该软件使用了模块化设计,可扩展性12钻头与岩石互作用模型[4]好,为以后功能的升级奠定了基础。牙齿破岩过程极为复杂,破碎机理尚不清楚,因此,建立简化的牙齿破碎坑模型和力压入关系1三牙轮钻头模型的建立模型,并根据现场钻井数据来反演这2个模型中的参数,可建立起钻头与岩石的互作用模型。[2-3]11几何学与运动学模型(1)破碎坑模型通过对大量牙齿破碎岩石根据牙轮钻头的几何学可建立起三牙轮钻头的的齿坑形状观察分析发现,大多数单齿坑都为一个仿真几何模型,
5、首先将牙齿离散化,然后将各个离漏斗形状,一般可以建立下面的近似简化破碎坑模散点进行坐标变换,实现牙齿的空间位置转换。型,如图1所示。因此钻头的几何仿真模型为:[X,Y,Z,1]=[x,y,z,1]TRCTRB式中TRC!!!牙齿局部坐标系到牙轮局部坐标系的变换矩阵;TRB!!!牙轮局部坐标系到钻头全局坐标系的变换矩阵。图1破碎坑模型*基金项目:国家自然科学基金项目(50874095)、四川省青年科技基金项目(07ZQ026-014)、教育部留学回国人员科研启动基金项目#山前推覆体钻具防断
6、与打快机理研究∃(教外司留[2007]24号)。2009年第37卷第3期况雨春等:基于动态链接库的三牙轮钻头仿真软件开发!33!当量破碎坑体积为:12132V=rh=htan!+V(1)33式中h!!!每颗牙齿的压入深度;!!!!破碎坑倒锥角的一半;V!!!牙齿底部塑性破碎部分除去锥坑的体积。(2)力压入关系模型一般研究认为,牙齿上所受垂向力与牙齿压入深度成正比关系。文献[6]建立的模型可充分体现牙齿形状、岩石表面凹凸形状以及牙齿压入角度对牙齿受力的影响,更能准确反映牙
7、齿的受力分布及大小。Fz=%∀(h)#s=%kh#s(2)图2仿真流程图式中Fz!!!整个牙齿上所受的垂向力;k!!!比例系数;3软件开发h!!!牙齿微面压入岩石的深度,是微小接触面#s的函数。根据钻头仿真模型,编写MATLAB程序,并存为M文件。利用MATLAB中的DEPLOYTOOL命2仿真策略令,将M文件编译为NET组件(动态链接库文建立了牙轮钻头几何学、运动学、钻头与岩石件DLL),供VBNET调用。31VB与MATLAB数据传递互作用等模型后,可利用数学分析软件MATL
8、AB在VBNET中设计好界面后,关键在于与MAT强大的矩阵运算、数据处理能力,编写MATLAB程序。但这要求使用者必须熟悉MATLAB编程且LAB的链接。首先,导入必要的名字空间,包括系所有的程序都不能脱离MATLAB环境独立运行,统、MATLAB工具集、数据转换集和相应的组件。在使用NET组件的过程中,数据的转换很重而且其边解释边执行,运算效率极低。仿真软件不仅要具有强大的数值运算能力,而要。使用组件的类方法处理NET本地数据时,需且还应为使用者提供简便、友
