基于ABAQUS的三牙轮钻头轮体速比研究
基于转动定律的钻头轮头速比仿真模型
三牙轮钻头井底运动仿真分析
第 ４期
江
汉
石 油
科
技
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ４ Ｉ １ ．
Ｄｅ ． ０ ｃ ２ ０８
２０ ０ ８年 １ ２月
ＪＡ Ｇ Ａ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ｃ Ｅ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ＩＮ Ｈ Ｎ Ｐ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｓ ＩＮ ＥＡ ＤＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ
三牙 轮 钻 头 井 底 运 动仿 真 分 析
量， 三个牙轮的轮体速比也不一样， 它是 由钻头钻进
过 程决定 的 ， 不但 与钻头结 构参数有关 ， 还与 钻井条 件、 岩石性 质密切 相关 。大量 事实表 明 ， 牙轮 的瞬时 钻速 是各态 历经 的随 机变 量 ， 但牙 轮 在一 段 较长 时 间内的平均 角速度 是相 当稳定 的 。
机械制造工艺与设 备专业 ， 学士学 位 ， 江钻股份公 司技 术 中 心产品开发与应用研究所工程师 ， 主要从事牙轮钻头及相关 产 品开发工作。
第 ４期
刘晓 波 ： 牙轮钻 头 井底 运动仿 真分析 三
・ ３・ ５
有 偏移值 、 扭角 、 倾 角 、 的 坐标 系 。这 样 在 保 轴 Ｐ值
Hale Waihona Puke 授建立 了基本 牙轮 结 构 的几 何 学 和运 动 学 方 程 ， 运 用这些 成果可 将 三牙 轮钻 头 简化 为 等效 动 力 模 型 ， 建立 系统微分 方 程类 分 析三 牙 轮 钻 头 的运 动 特 性 。 但是 ， 这种方 法有 两个缺 点 ： 是软 件 的编 制过 程较 一 麻烦 ， 由高水平 的专业 人 员 编 制 、 须 调试 程序 ， 时 耗 长 ， 程繁琐 ； 是程序 给 出的井底 轨迹 图只反 映 了 过 二
刘晓波
（ 江汉石 油钻 头股份 有 限公 司 ）
基于ABAQUS的轴承-齿轮系统模态分析
基于ABAQUS的轴承-齿轮系统模态分析摘要建立轴承-齿轮系统的有限元模型。
齿轮啮合等效为弹簧-阻尼系统,并研究轴承和齿轮啮合的等效平均刚度和阻尼。
在ABAQUS软件中计算了轴承-齿轮系统的模态,最终为有限元分析提供一种新的思路。
关键词有限元法;ABAQUS;模态分析;轴承齿轮系统ABAQUS为用户提供了广泛的功能,且使用起来又非常简单。
大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。
例如,对于复杂多构件问题的模拟是通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。
在大部分模拟中,甚至高度非线性问题,用户只需提供一些工程数据,像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。
在一个非线性分析中,ABAQUS 能自动选择相应载荷增量和收敛限度。
他不仅能够选择合适参数,而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。
用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。
由于轴承-齿轮系统的每一级传动均是通过二级齿轮减速实现,是典型的齿轮系统。
在齿轮系统中齿轮副啮合效应、齿侧间隙、轴的弹性、轴承径向刚度和轴承径向间隙等因素相互耦合并影响了系统的动态特性,设计过程中要综合考虑这些因素,孤立地研究某一因素,都不能从整体上对系统进行把握。
通过该有限元的试验方法,设计人员可以综合考虑影响齿轮系统动态特性的各种因素,在产品的设计阶段就对产品的性能和存在的问题一目了然,从而为产品的改进设计提供了有效的技术途径,并且大大减少了物理样机试制的时间和研制经费的投入,提高了设计效率。
1理论依据本文中对轴承-齿轮系统的分析,主要是在非线性范围内进行,所以考虑采用Abaqus作为求解器。
Abaqus不仅功能强大,而且具有很高的软件兼容性,能为前处理完毕之后计算工作的提交带来诸多方便,此外,其求解结果经过简单转换就能被Hypermesh所读取,能为整个工作带来很大的便利。
2轴承-齿轮系统有限元模型建立该有限元模型以六面体单元、四边形壳单元为主,还有少部分的连接单元、弹簧阻尼单元、刚性单元。
基于MATLAB和ABAQUS的螺旋钻杆参数优化与数值模拟
基于MATLAB和ABAQUS的螺旋钻杆参数优化与数值模拟张毅杰;孔令琼;施杰;邹欢【摘要】以螺旋钻杆输煤生产率为目标函数,利用MATLAB软件进行了螺旋钻杆结构参数的优化设计,使得优化后螺旋钻杆的输送能力显著提高,并在优化结果的基础上,应用ABAQUS软件建立了钻头钻进系统有限元仿真模型,并进行了钻孔成形模拟,获得了在最优转速钻孔时需要施加在钻头上的最大轴向压力及最大扭矩,为螺旋钻杆后续研究奠定了基础.从轴压及扭矩变化图线可知,轴压及扭矩的大小随钻头与煤体接触面的变化而变化,轴压及扭转力矩产生的急剧波动是钻进过程中煤体不连续性破碎造成的.%Taking the coal conveying rate on the spiral drill pipe as the objective function, optimized the structural parameters of spiral drill by using MATLAB software, which made the transmission capacity of a spiral drill pipe significantly improved after the optimization. Base on the results of the optimization, application of ABAQUS software established the finite-element simulation model and made a drilling process simulation, obtained the maximum axial pressure and maximum torque under the optimal speed, thus laid the foundation for follow-up study on the spiral drill pipe. From the chart on the axial compression and torque, we can know that the change of the axial compression and torque as the change of contact surface between the drill bit and the coal body, the axial compression and torsion sharp fluctuation caused by the discontinuity broken of the coal body during the process of drilling.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】4页(P10-13)【关键词】螺旋钻杆;MATLAB;优化设计;ABAQUS;数值模拟【作者】张毅杰;孔令琼;施杰;邹欢【作者单位】云南农业大学工程技术学院,云南昆明650201;云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明650201;云南农业大学工程技术学院,云南昆明650201;云南农业大学工程技术学院,云南昆明650201【正文语种】中文【中图分类】TD422旋转钻机是用切削式钻头破碎岩石的钻孔机械。
三牙轮钻头运动学仿真模型及其运动特点研究
关键词 ：三牙轮钻头 ； 仿真 ； 动学 ； 运 轮头速 比
中图分类号 ：Ｔ １ １ Ｅ ８ ． ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ６ ７ ８ （０ ７ ０ — ０ ８ ０ ０ — ６ Ｘ ２０ ） ２ ０ ８ — ３ ０
石 油钻 井用 牙轮 钻头运 动学 研究 主要 集 中在 两 个 问题 上 ， 是牙 齿对 井底 的横 向刮 凿 ， 是钻 头 的 一 二
分解 ， 牙轮 运动 看成 各个 齿 圈运 动 的综合 影 响 ， 把 不 但 可 以清楚地 了解 到各 个齿 圈上 牙齿 的横 向运 动方
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式， 也为分析牙轮钻头轮头速比开辟了新的思路 。
一
、
三牙轮钻头 的运动学仿真模 型
图 １ 钻头几何模型
１ ．建立 三牙 轮钻 头仿 真的 几何模 型
，
（ 西南石油大学）
况雨春等．三牙轮钻头运动学仿真模型及其运动 特点研究． 采工艺 ，０ ７ ３ （ ）８ ９ 钻 ２０ ，０ ２ ：８— ０
摘
要 ：根据钻头几何学 和运动 学建立起 了随钻运动 的三牙 轮钻 头的计算机运 动学仿 真模 型 ， 该仿真模 型既
表示 出了钻头上各牙齿 的形状 、 大小和在钻头上的分布 情况 ， 可真实反 映钻 头钻进 过程 中各牙齿 的瞬 时位置 和 又 相互关系 。该研究不但为钻头与岩石互作用仿 真建模做 好 了准备 ， 也是分析研究 牙轮钻 头工作行为 的基础 。最后 根据所建立的运动学仿真模型建立起 了牙轮上发生纯 滚动点的 曲面方程 ， 并分析 了牙 轮上各齿 圈牙齿 的运动特点 和钻头的几何结构对牙轮／ 钻头速比（ 简称轮头速 比） 的影响 ， 能更加 清楚地认 识钻 头上 各齿 圈牙齿 的刮 削破岩方 式； 同时把牙轮 的运动分解 为各个 齿圈的运动 ， 也为建立 钻头几何结构与轮 头速 比之 间的关系提供 了新途径 。
基于动态链接库的三牙轮钻头仿真软件开发
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
【期刊名称】《石油机械》
【年(卷),期】2009(37)3
【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.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】况雨春;蒲勇;赵增强;伍开松;杨迎新
【作者单位】西南石油大学;西南石油大学;西南石油大学;西南石油大学;西南石油大学
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
【相关文献】
1.基于和MATLAB的三牙轮钻头仿真软件开发 [J], 赵增强;况雨春;戚蒿;张天津
2.基于MATLAB的三牙轮钻头仿真模型研究 [J], 况雨春;杨高;伍开松;杨迎新;杨云
山;黄怡然
3.基于动态链接库模块视窗菜单外部控制的软件开发 [J], 张冠茂;王芳
4.基于多文档和动态链接库技术的软件开发方法研究与实现 [J], 秦燕峰;卢菁;刘亚军
5.基于Qt和动态链接库的SEG-Y格式地震数据读写软件开发 [J], 张成云;石深涵;熊杰;夏成静;张伊
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基于abaqus的pdc钻头参数化布齿与破岩仿真
2020年 第48卷 第3期 吴泽兵，等：基于ABAQUS的PDC钻头参数化布齿与破岩仿真
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0引言
近年来，PDC钻头的结构和类型都发生了巨 大变化，因此有必要对PDC钻头的布齿方法进行 进一步研究，以提高布齿设计的效率[1-2]o应用计 算机软件进行破岩仿真可以有效预测PDC钻头的 破岩效率，判断布齿结构的合理性。
关键词：PDC钻头；参数化布齿；破岩仿真；布齿模型；仿真模型；ABAQUS； Python 中图分类号：TE921 文献标识码：A DOI： 10. 16082/j. cnki. issn. 1001-4578. 2020. 03. 004
ABAQUS-Based Parameterized Cutter Layout and Rock Breaking Simulation of PDC Bits
Keywords: PDC b让；parameterized cutter layout ； rock-breaking simulation ； cutter layout model S; Python
*基金项目：陕西省重点研发计划项目“针对陕西页岩气地层的混合钻头破岩机理研究及性能评估方法” (2018KW-12)o
2020年第48卷第3期
基于ABAQUS的PDC钻 * 头参数化布齿与破岩仿真
吴泽兵张帅王勇勇 吕澜涛潘玉杰 (西安石油大学机械工程学院)
吴泽兵，张帅，王勇勇，等.基于ABAQUS的PDC钻头参数化布齿与破岩仿真.石油机械，2020, 48 (3) : 30-36.
摘要：近年来PDC钻头在结构与类型上均发生了较大变化，这对布齿设计提出了更高的要 求，而合理的布齿设计是保证PDC钻头使用寿命的关键。为此，提出了一种基于ABAQUS的PDC 钻头参数化布齿设计与破岩仿真方法。该方法通过编写Python脚本代码对ABAQUS内核程序进行 控制，可以自动读取数据库中PDC钻头的几何参数，实现PDC钻头的参数化布齿；快速完成模 型网格的自动划分、接触对的自动设置以及载荷与速度等条件的定义等，简化了 PDC钻头切削齿 与岩石的破岩仿真模型的建立过程，实现仿真结果的输出与保存，方便对布齿模型破岩性能进行 分析。通过与常规建模方法建立的布齿模型进行对比分析，证明了采用该方法建立布齿模型的正 确性；对仿真结果中的扭矩进行了分析，并与前人试验结果进行对比，证明了仿真模型的正确性。 采用该方法可大幅度提高布齿设计和破岩分析效率，缩短PDC钻头的研发时间。
基于ABAQUS的牙轮钻头镶装工艺
２０２１年５月第３６卷第３期西安石油大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ′ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｙ２０２１Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．３收稿日期：２０２０ ０５ １３基金项目：陕西省重点研发计划项目（２０１８ＫＷ－１２）；西安石油大学研究生创新与实践项目（ＹＣＳ２０１１３０４２）第一作者：吴泽兵（１９６７ ），男，博士，教授，博士生导师，研究方向：井下工具ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ、管柱工作行为仿真及钻井自动化。
Ｅ ｍａｉｌ：ｚｂｗｕ＠ｘｓｙｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ ０６４Ｘ．２０２１．０３．０１４中图分类号：ＴＥ９２１文章编号：１６７３ ０６４Ｘ（２０２１）０３ ００９７ ０８文献标识码：Ａ基于ＡＢＡＱＵＳ的牙轮钻头镶装工艺吴泽兵，周珂飞，赵海超，黄海，郑维新，张文超（西安石油大学机械工程学院，陕西西安７１００６５）摘要：基于热－弹塑性理论和弹性力学，以ＡＢＡＱＵＳ软件为平台，通过理论分析与仿真结果对比，验证镶齿有限元计算方法的准确性与可靠性，研究分析了相同过盈量下不同镶装工艺对牙齿、齿孔受力、变形的影响规律。
结果表明：压齿力随着镶齿温度的升高而减小且齿孔应力波动减少，在高温下镶装可以减少牙齿对齿孔的冲击破坏，降低了对压齿设备的要求；镶装温度越高，齿孔冷却后径向变形越大；固齿力、Ｍｉｓｅｓ应力随着镶齿温度的升高而增大，保证牙轮材料不被破坏、避免大变形的前提下可以选择２００℃镶装。
关键词：牙轮钻头；镶齿；有限元；过盈配合ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｎｌａｙｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｏｎｅＢｉｔＢａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳＷＵＺｅｂｉｎｇ，ＺＨＯＵＫｅｆｅｉ，ＺＨＡＯＨａｉｃｈａｏ，ＨＵＡＮＧＨａｉ，ＺＨＥＮＧＷｅｉｘｉｎ，ＺＨＡＮＧＷｅｎｃｈａｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｂｙｕｓｉｎｇＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｏｏｔｈｉｎｌａｙａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｌａｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｎｔｈｅｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｏｏｔｈａｎｄｔｏｏｔｈｈｏｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｕｎｔｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅ ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｏｏｔｈｉｎｓｅｒｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｔｏｏｔｈｈｏｌｅｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｔｏｏｔｈｉｎｌａｙ．Ｔｈｅｉｍ ｐａｃｔｄａｍａｇｅｏｆｔｈｅｔｏｏｔｈｔｏｔｈｅｔｏｏｔｈｈｏｌｅｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｔｏｏｔｈｉｎｓｅｒｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｔｈｉｇｈｔｏｏｔｈｉｎｌａｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｔｏｏｔｈｉｎｌａｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｒａｄｉａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｏｏｔｈｈｏｌｅｉｓａｆｔｅｒｃｏｏｌｉｎｇ．ＴｈｅｔｏｏｔｈｆｉｘｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｉｎｌａｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｌｌｎｏｔｂｅｄａｍａｇｅｄａｎｄｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｎｂｅａｖｏｉｄｅｄ，ｔｈｅｉｎｌａｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｎｂｅ２００℃．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｅｒｃｏｎｅｂｉｔ；ｔｏｏｔｈｉｎｌａｙｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｉｔ吴泽兵，周珂飞，赵海超，等．基于ＡＢＡＱＵＳ的牙轮钻头镶装工艺［Ｊ］．西安石油大学学报（自然科学版），２０２１，３６（３）：９７ １０４．ＷＵＺｅｂｉｎｇ，ＺＨＯＵＫｅｆｅｉ，ＺＨＡＯＨａｉｃｈａｏ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｉｎｌａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｎｅｂｉｔｂａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ＇ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０２１，３６（３）：９７ １０４．西安石油大学学报（自然科学版）引 言牙轮钻头是使用在石油钻井工业中有效的破岩工具之一，主要以变角度的压入加刮凿破碎岩石，牙齿在破岩过程中作三维复合运动［１ ２］。
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2019 年 7 月 第 46 卷第 7 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
2019 年 7 月 第 46 卷第 7 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2019.046，No.7
基于 ABAQUS 的三牙轮钻头轮体速比研究
吴泽兵，张 帅，王文娟，王勇勇，吕澜涛
1 建立三牙轮全齿与岩石互作用模型
1.1 建模条件假设 由于三牙轮钻头在钻井过程中，切削齿的运
动形式较为复杂。为了便于仿真模拟，提高仿真 效率，对整个破岩仿真过程进行以下假设：
1） 考 虑 切 削 齿 在 破 岩 过 程 中 变 形 量 极 小 ， 因此将其考虑为刚体；
2） 忽略钻进过程中钻头的纵向振动； 3） 忽略钻井 液对 破岩 过程 的影 响，井 底和 钻头上没有岩屑； 4） 将岩石视 为各 向同 性材 料，忽 略岩 石空 隙和节理对破岩过程的影响。 1.2 建立模型 考虑到全钻头模型结构复杂，因此将三牙轮 钻头模型简化为全齿模 型。在 Creo 软件 中三 维 实体模型并导入 ABAQUS 软件。 1.3 ABAQUS 前处理定义 1） 网格划分 岩石采用六面体结构网格划分方法，单元类 型采用六面体缩减积分 （C3D8R），并只对与 切 削齿相互作用的区域进行网格细分处理，减少单 元数量，缩短仿真时间。切削齿采用 Free 网格划 分方法，单元类型采用四面体二阶精度 （C3D10M）。 2） 材料定义 岩石材料定义中最为重要的是损伤准则的选 取，岩石属于非线性空隙材料，其受压屈服强度
（西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065）
摘 要：研究轮体速比对岩石破碎机理研究和钻头设计具有重要的指导作用。使用 ABAQUS 有限元
分析软件，建立了三牙轮全齿与岩石的互作用模型。通过仿真模拟得到了岩石上的齿坑、应力分布及各
牙轮的轮体速比，并得出轮体速比随钻压增大而增大且趋于稳定。最后将仿真结果与现有的试验结果进
行比较，验证了该仿真模拟的方法可较好估计三牙轮钻头的轮体速比。
关键词：轮体速比；三牙轮钻头；钻压； ABAQUS
中图分类号：TE921.1 文献标志码：A
文章编号： 1004-275X （2019） 07-014-02
Research on Cone/Bit Rotary Speed Ratio of Tricone Bit Based on ABAQUS
Wu Zebing，Zhang Shuai，Wang Wenjuan，Wang Yongyong，Lyu Lantao
(Mechanical Engineering College, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065，China)
Abstract: The cone/bit rotary speed ratio is one of the important factors affecting the rock-breaking effect of the tricone bit. Researching the ratio has an important role in guiding rock-breaking research and bit design. The ABAQUS finite element analysis software is used to establish the interaction model be原 tween the full tooth of the tricone and the rock. By means of simulation, the pit, stress distribution and Cone/Bit rotaty speed ratio of each cone are obtained, and it is concluded that the wheel body speed ratio increases with the increase of drilling pressure and tends to be stable. Finally, the simulation results are compared with the existing test results, it is proved that the method of the simulation experiment can better estimate the cone/bit rotary speed ratio of the tricone bit and investigate the influence of various factors on the cone/bit rotary speed ratio.
Key words: cone/bit rotary speed ratio; tricone bit; weight-on-bit; ABAQUS
三牙轮钻头作为使用最为广泛的牙轮钻头， 在国内外石油钻井领域应用较为普遍 [1]。自从牙 轮钻头出现以来，广大学者都不遗余力地研究和 预测其破岩时的轮体速比。张 强等 [2]通 过试验研 究了几何因素对牙轮钻头传动比的影响，得出传 动比受牙轮外形、齿圈位置的影响。喻开安等 [3] 通过搭建试验台研究了单牙轮钻头的传动比，由 试验分析了轴倾角对传动比的影响，证实了单牙 轮钻头的传动比始终小于 1。练章华等[4]通过试验 测得了两种不同钻头破岩过程中的传动比，结果 表明了机械转速与传动比有密切的关联。试验结 果往往具有一定的说服力，但试验过程较为复杂, 耗费大量的人力物力。而有限元仿真模拟方法更 加简便，能够模拟复杂的钻头破岩过程，比较准 确地计算轮体速比的数值大小和研究其变化规 律。