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[结构振动] 模态分析中的边界条件

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发表于 2009-6-1 23:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在石油钻井当中,钻柱的上端固定在转盘上并随转盘一起转动,下端的钻头破碎岩石从而钻头向下继续钻进,现想对该钻柱进行模态分析,请问上下两端的边界条件应该怎么设置?

其中:钻柱长度为几千米,而钻杆是直径为200mm左右而厚度为十多mm的管状体,钻柱的振动一般包括横向振动、纵向振动及扭转振动等。
           很多文献都把这几种振动分开讨论,但我认为这样太过理想化且偏离实际,我觉得应该整体考虑钻柱的振动,不知各位认为如何?另外就是怎么对钻杆施加约束,有的文献把上端六个自由度全约束了,而下面把x和y的平动约束住,其它自由度没有约束,不知这样对不对,总是理不通。请说一下您的想法,我们讨论一下,谢过~

[ 本帖最后由 talping 于 2009-6-2 00:05 编辑 ]
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发表于 2009-6-3 05:53 | 显示全部楼层
我猜测把几个方向的振动分开讨论是因为建模比较容易,尤其是建立解析模型时。 如要整体考虑钻柱的振动,可能需要建立3D模型。对于普通的钻头(刚性),可能出现几个方向耦合的振型,对您所提到的钻柱,也许横向弯曲会更加重要。对上端6个自由度全部约束,意味着把钻柱看成了一个悬臂梁(不考虑其本身的旋转),也就是说取了一个旋转坐标系来研究它。这一点在以后的动力学分析之后要当心。对于下端的钻穴机理不甚了解,无法评论。

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 楼主| 发表于 2009-6-3 09:33 | 显示全部楼层
原帖由 ttwwooblueyes 于 2009-6-3 05:53 发表
我猜测把几个方向的振动分开讨论是因为建模比较容易,尤其是建立解析模型时。 如要整体考虑钻柱的振动,可能需要建立3D模型。对于普通的钻头(刚性),可能出现几个方向耦合的振型,对您所提到的钻柱,也许横向弯曲会 ...


说得很好,现有的很多文献正是因为考虑到力学模型过于复杂而分开讨论,就比如考虑横向振动时,略去纵向振动和扭转振动的影响,但这样显然太过理想化~~~
如果不分开考虑,不知怎样去加边界条件。如果上端把转动的自由度放开,而下端转动的自由度也没约束的话这样似乎没有考虑到扭转,而要横振、纵振动和扭振全考虑的话应该怎么去加边界条件哈~~~
其中:钻井时钻头旋转往下钻,岩石破碎,破碎的岩石与钻井液形成泥浆向上排出井口。也就是说钻头一直在旋转着往下运动。
发表于 2009-6-3 23:45 | 显示全部楼层
我个人认为,综合考虑的难度在于不同方向振动耦合的处理。边界条件可以加在对应的自由度上。建议您在初期建模时合理简化,不要考虑过多的因素,以免把问题复杂化。抓住主要关心的振动(比如说扭振或者横向振动),考虑关键因素,就可以完成工作。在此基础上再发展模型,深入研究。
 楼主| 发表于 2009-6-4 18:08 | 显示全部楼层
谢谢,您说得很有道理,呵呵~~主要是这是老师的一个项目,他让我综合考虑,但现在大部分的文献都是分开讨论这几种振动的,分开讨论要考虑的情况很多,除了上面所说的三种振动,甚至还有沿井眼轴线的涡动等。有点束手无策,呵呵~~
发表于 2009-6-7 10:06 | 显示全部楼层
我个人认为钻杆的振动主要是扭转振动和纵向振动,横向有套管固定,不是很明显.钻杆振动很复杂,尤其是几千米的钻杆软得像面条一样,就更不好用理论分析了.另外,钻杆振动还与所钻的井的类型有关,如果是垂直井,振动与驴头的上下运动而引起的钻杆纵向振动有关,要是水平井,起主要作用的是扭转振动
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