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旋挖钻机钻杆失效研究

作　者: 张震
导　师: 焦生杰；黎中银
学　校: 长安大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 旋挖钻机钻杆力学模型失效分析开裂
分类号: P634.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

旋挖钻机钻杆是用于传递扭矩和加压力的主要工具,并且钻杆又处于交变应力的工况下,因而发生的开裂,卡带杆等故障较多。某公司在09年一年中,失效率达到50%.造成极恶劣的影响。因此论文吸收石油钻杆分析的方法,以实验为依据,对钻杆失效问题进行探讨,具体内容如下：1.从理论出发,结合工程实践,建立钻杆的静态力学模型与动态力学模型,并对钻杆的载荷进行分析；2.对钻杆失效形式和失效原因进行分析,对钻杆故障进行归类分析,找出相同点,剔除小概率事件,合并因素相同的故障现象,确定故障分析的方法和步骤；3.对钻杆失效进行试验研究,通过金属材料性能和材料力学性能对钻杆进行试验,确定是否因为钻杆材料本身不达标而引起钻杆失效；4.通过一个具有代表性的开裂故障进行断口宏观分析,得出钻杆的失效属于疲劳破坏5.对宏观分析的钻杆进行微观分析,发现同一钻杆的开裂部位和非开裂部位夹杂物含量有很大差异,并且金相组织有很大差异；6.对钻杆进行有限元分析,对力学模型和失效分析进行验证,得出经常断裂部位存在应力集中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题背景  9-12
    1.1.1 旋挖钻机及钻杆的简介  9-11
    1.1.2 钻杆失效的危害  11-12
  1.2 国内外研究的现状  12-14
    1.2.1 旋挖钻机的发展  12-13
    1.2.2 旋挖钻机钻杆的研究现状  13-14
  1.3 本文的研究思路和研究内容  14-16
    1.3.1 研究思路  14-15
    1.3.2 研究内容  15-16
第二章钻杆力学模型及载荷分析  16-26
  2.1 钻杆力学模型的建立  16-22
    2.1.1 建立钻杆静态力学模型  16-18
    2.1.2 钻杆动力学模型的建立  18-22
  2.2 钻杆的载荷分析  22-24
    2.2.1 钻杆平稳载荷分析  22-24
    2.2.2 钻杆受到冲击载荷的讨论  24
    2.2.3 土体作用力的探讨  24
  2.3 本章小结  24-26
第三章钻杆失效原因与失效形式的研究  26-32
  3.1 钻杆失效的影响因素  26-27
  3.2 钻杆失效形式的分析  27-31
    3.2.1 管体开裂失效分析  27-29
    3.2.2 钻杆卡带杆的失效分析  29-30
    3.2.3 钻杆焊缝开裂  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章钻杆失效的实验研究  32-51
  4.1 钻杆材料试验分析  32-33
  4.2 钻杆典型故障的分析  33-34
  4.3 钻杆典型故障的宏观断口分析  34-37
  4.4 典型故障钻杆微观失效分析  37-48
    4.4.1 断口微观形貌分析  38-40
    4.4.2 夹杂物和组织分析  40-48
  4.5 本章小结  48-51
    4.5.1 夹杂物来源分析  48-49
    4.5.2 建议改善措施  49-51
第五章钻杆的ANSYS仿真分析  51-61
  5.1 钻杆有限元分析理论基础  51-54
  5.2 钻杆的有限元分析  54-60
    5.2.1 钻杆仿真分析的网格化分  54-55
    5.2.2 边界条件和——施加载荷和约束形式的讨论  55-56
    5.2.3 钻杆受扭力与压力的对比分析  56-57
    5.2.4 钻杆单节杆与多节杆变形的ANSYS分析  57-58
    5.2.5 钻杆受偏载力和正向加压力的对比分析  58-60
    5.2.6 钻杆应力集中区分析  60
  5.3 本章小结  60-61
结论与建议  61-63
  结论  61
  提升钻杆性能的建议  61-62
  本文的不足  62-63
参考文献  63-66
致谢  66

旋挖钻机钻杆失效研究

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