F-1600往复式泥浆泵机体有限元分析

摘要

往复式钻井泥浆泵是钻井液循环系统中的关键设备，它将机械能转变为钻井液的液压能，为钻井循环系统提供动力。与两缸泵相比，三缸钻井泥浆泵具有缸径小、冲程短、冲次高；在功率相同的条件下，体积小、重量轻等优点。随着高压喷射钻井新工艺的不断革新及推广，对泥浆泵功率、排量及泵压等性能参数提出了更高的要求。对钻井泥浆泵机体而言，保证机体具有足够而又合理的强度和刚度是其正常工作的前提。本文应用有限元方法对F-1600型往复式单作用泥浆泵机体进行静态和模态分析，得到了有关机体刚度、强度及振动特性等方面的计算结果和分析结论，为机体的设计、改造提供依据。
　　 机体进行静、动态分析之前对泵动力端往复机构、连杆、曲轴作详细的受力分析。以曲轴每旋转10°为一子步分别计算曲轴、小齿轮轴轴承座反力及十字头支撑反力。机体结构比较复杂，几何模型建立工具选择Pro/E Wildfire3.0，建模过程中对机体静态及动态特性产生影响的细节需作简化处理，几何模型导入有限元软件采用无缝连接。
　　 静态分析是以1号缸在一个完整的吸入和排出过程中，根据受力计算结果选取六组最大集中载荷加载在不同的机体部位进行静态有限元计算，获得了机体在不同相位的刚度及应力分布。
　　 模态分析分为自由模态和约束模态两种情况，应用子空间法分别提取机体的前十阶模态作为分析的基本内容，得到机体在自由和约束条件下各阶的固有频率和模态振型。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 国内外研究的现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 课题目的与主要研究内容

1.3.1 研究课题的目的

1.3.2 课题研究的主要内容

第2章 F-1600泵机体受力分析

2.1 机体受力分析

2.2 机体受力计算

2.3 本章小结

第3章 机体建模与空间单元分析

3.1 机体建模

3.1.1 机体结构

3.1.2 问题定义

3.1.3 几何模型简化

3.1.4 机体几何模型建立与Pro/E-Ansys10.0无缝连接

3.1.5 单元选择

3.1.6 模型检查处理及边界条件定义

3.2 有限元法基本原理

3.2.1 结构离散

3.2.2 弹性力学物理量

3.2.3 弹性力学基本方程

3.2.4 单元分析

3.2.5 单元的应变与应力

3.2.6 刚度矩阵

3.2.7 载荷移置

3.2.8 约束处理

3.2.9 求解线性方程组

3.3 有限元软件介绍及分析过程

3.3.1 分析前处理

3.3.2 计算

3.3.3 后处理

3.4 本章小结

第4章 机体结构静力分析

4.1 静态分析步骤

4.1.1 网格划分

4.1.2 十字头导板支撑受力

4.1.3 前板受力分析与加载

4.1.4 轴承座载荷加载

4.2 机体的材料性能参数和约束条件的确定

4.3 机体有限元静态求解

4.4 结果分析

4.5 本章小结

第5章 机体模态分析

5.1 模态计算理论

5.2 模态分析与系统模型的关系

5.3 机体模态分析方法提取

5.4 模态分析过程

5.4.1 机体建模

5.4.2 网格划分

5.5 机体模态计算

5.5.1 约束模态计算

5.5.2 自由模态计算

5.6 机体模态表现原因分析

5.7 机体振动频率计算

5.8 机体模态影响因素

5.9 本章小结

结论

参考文献

致谢