PDC钻头主要几何参数的优化研究.pdf

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1、第5期机械设计与制造2010年5月MachineryDesign&Manufacture69文章编号：1001—3997(2010)05—0069—03PDC钻头主要几何参数的优化研究刘向东屈钧利(西安科技大学理学院，西安710054)OptimizationresearchonthemaingeometricalparametersofPDCbitLIUXiang-dong，QUJun-li(CollegeofScience，Xi’anUniversityofScience&Technology，Xi’an710054，China)◆00●00◆0o◆00◆

2、00◆00◆oo◆00●o0◆00◆oo●00◆0o◆00◆00◆00●oo◆00◆o0◆00◆0o◆0o●00◆00◆00◆0o◆00◆0o◆o0◆00◆0o●00◆00●0o◆00●o0●0o●oo●；【摘要】PDC切削齿工作角由切削齿的齿前角和侧转角决定的，且工作角对切削齿切削效率和工i作性能有着重要的影响。因而如何科学地设计切削齿的齿前角和侧转角在PDC钻头设计中是十分重要；的内容。运用有限元软件参数化建模技术，对PDC钻头切削齿的齿前角、侧转角做了优化分析。从不同应；用方面考虑，对这两个主要几何参数分别进行了单参数和双参数优化分析，得出了不同使用条件

3、下的最i优值，为钻头的合理设计提供了理论依据。；关键词：PDC钻头；优化研究；有限元；ANSYSi【Abstract】TheworkinganglesofPDCcutteraredeterminedbythecuttingangleandtheside伽一igle，andtheworkinganglesofthecutterhaveanimportantuenceonthecuttingeftciencyandperf~r—lllAl~ce．Andthereforetheproperdesignofthecutteronthecuttingangleandth

4、esideangleisveryimpor—tantinthedesignofPDCbits．Byusingparametricmodelingtechnologyoffiniteelementsoftware，hecut—tingangleandthesideangleofthePDCcutterareoptimized．Applicationsfromdifferentconsiderations，themaingeometricparametersofthetwoseparatesingle-parameterandtwo-parameteroptimi

5、zationanaly-sis，obtainedtheoptimalvaluesunderdifferentthecircumstancesofitsuse，whichprovidesatheoreticalibasis厂0rrationaldesignofthePDC6；Keywords：PDCbit；Optimization；Finiteelement；ANSYS◆o0◆o0◆oo◆oo◆0o◆oo●0o◆o0◆oo◆o0◆0o◆oo◆oo◆oo●0o◆oo◆oo●o0◆oo●oo◆oo◆oo◆0o◆0o●oo◆0o◆oo●00◆00●oo◆o0●0o●0

6、0◆o0●oo◆oo◆0o◆oo◆oo中图分类号：TH12，P634．41文献标识码：A1前言为，在以等式或不等式表示的约束条件下求多变量函数的极小值或极大值问题，一般形式为：PDC钻头是20世纪80年代世界石油钻井技术重大成就之miry~x)=f(Xm，，⋯，)i一，它是一种用人造聚晶金刚石复合片镶焊于钻头胎体上而成的s．t．岛(1，2，⋯，靠)s0j=l，2，⋯，m}(1)切削型钻头。由于PDC钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻(，1，2，⋯，)、=0k=l，2，⋯，I』}进工况之特点和钻头使用寿命长之优点，因此更适合与动力钻具式中)一目标函数；()、h

7、k()一约束函数；配合使用，多次现场施工结果表明，动力钻具+PDC钻头钻进方⋯式有利于提高钻井速度、减少起下钻次数、保证钻具安全，取得了，—设计变量。2．2ANSYS的优化原理动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效益Ⅲ。然而，基于有限元法的结构优化设计问题，其目标函数、约束条件影响其力学性能的主要几何参数以往是根据实验和经验公式来与设计变量之间的关系是建立在固体力学和有限元理论基础上确定的，而关于主要几何参数优化研究方面的理论研究文献并不的复杂函数关系。基本思想是将计算域划分为有限个互不重叠的多见。且以往的工作更侧重于钻头碎岩效果的研究，对于钻头的单元

8、，在每个单元内，选择一些合适的节点作为