基于振动钻削理论的带压开孔钻具谐响应分析.pdf

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1、2012年第41卷石油矿场机械第5期第27页OILFIELDEQUIPMENT文章编号：1001-3482(2012)05—002704基于振动钻削理论的带压开孔钻具谐响应分析周立军，段梦兰。，程光明，孙晶晶(1．中国石油大学(北京)，北京102249；2。复旦大学，上海200433)摘要：基于振动钻削理论建立了海底管道带压开孔钻具钻削力的理论模型，并在此基础上将钻杆分为3种工况进行分析。通过Ansys软件模拟分析出不同频率外激振动下钻具的谐响应位移，为海底管道带压开孔技术的改进提供了理论依据。关键词：振动钻削；带压开孔；谐响应中图分类号：TE95文献标

2、识码：AHarmonicResponsefortheDrillStemofOpeningPoreunderPressureBasedontheTheoryofVibrationDrillingZHOULi—jun。DUANMeng—lan'。，CHENGGuang—ming，SUNJing—jing(1．ChinaUniversityofPetroleum(Beijing)，Beijing102249，China；2．FudanUniversity。Shanghai200433，China)Abstract：Basedonthetheoryofvibra

3、tiondrilling，themodelwhichcalculatesthedrillingforceofopeningporeinmarinepipesunderpressureisestablished，thenthedrillstemisanalyzedunderthreedifferentcircumstances，theresultwhichissimulatedinAnsysFudanUniversityshowshar—monicresponsesofdrillingtoolunderexternalexcitationofdiffere

4、ntfrequencies，providingtheo—reticalfoundationfortheimprovementofopeningporeinmarinepipesunderpressure．Keywords：vibrationdrilling；openingporeunderpressure；harmonicresponse近年来，随着海洋输送石油管道损坏事故(主要海底管道的不停产带压开孔一方面是在海底复有机械损伤和内外腐蚀2种形式)的日益增多，相应杂的环境下进行，另一方面需要一个密闭良好又能的海洋管道维修技术的研究也成为海洋石油运输工保证

5、管道内的流动介质(如油气混合物)不引起灾难程中不可或缺的一部分。事故的环境。振动钻削理论的引入虽然改进了钻削带压开孔技术是海洋油气田管道不停产开孔维的效果，但由于带压开孔钻具的特殊性以及钻具对修方法中的关键环节，开孔质量的好坏将直接决定振动的反馈作用，致使钻削过程具有一定的不可控不停产维修的成败。振动钻削是为了克服普通钻削性与危险性。因此，对带压开孔钻具进行谐响应分的自激振动，在钻削刀具上施加某种有规律的、可控析可以对开孔器具的改进以及钻削过程的相关参数的振动，使切削速度等发生周期性的改变，从而改进设计提供可靠的理论依据，从而保证带压开孔过程钻削效果。安

6、全有效地进行。谐响应分析_】]是用来分析结构系统由于受持续l带压开孔钻头钻削力理论模型的周期性载荷所产生相应的周期响应，从而有效防止共振及其他不利振动效果的产生。带压开孔是利用专业的开孔设备(如图1)在需收稿日期：201109—06作者简介：周立军(1987)，男，山东泰安人，硕士研究生，主要从事海洋油气工程装备及理论研究，E—mail：supeuun3@126·28·石油矿场机械2012年5月要开孔部位事先预制好法兰短节与之连接，再根据后角；K为切向切削力系数，表示在单位切削深度开孔的大小安装相匹配的开孔刀具。时单位切削厚度上负载的切削力；fz为每齿进

7、给如图1所示，在带压开孔过程中，中心钻首先钻量；s()为削过程中刀刃与工件的接触窗口函数，刀123456进管道壁层，起到了定位作用，防止振动引起的误刃处于钻削区域时S()一1，当刀刃与工件分离时差；由于引入了振动钻削，将振动误差转换为外在激s()=0。励的一部分，因此可以采用无中心钻的钻削方式。作用在刀刃微元d的径向切削力为dF一K，dF(2)式中，K，为径向切削力比例系数。将切削力变换到xoy坐标系中，则有fdFx()]rcos00]fdF()]IdF()JL—sin00J【dF()j南[1Kr]{s式中，gl()=(sin20)／2；g2()===(

8、1一cos20)／2。第J个刀齿在刀具转角为时的瞬时切削力为=K,f~(d／2t