声频钻机动力头空气减振机构的设计与仿真研究

论文摘要

声频钻进技术是高效、环保的钻进技术。其成孔速度快、取样质量高,在诸多领域得到较为广泛的应用。声频钻机的工作原理是利用高频振动使沙土液化,进而快速钻进。声频钻机动力头减振技术是声频钻机的关键技术,与国外相比,国内动力头减振技术依然有不小差距。本文以声频钻机减振系统为研究对象,采用理论分析、数值模拟及仿真模拟相结合的方法,提出一种利用高压空气的高压缩、低刚度及低阻尼特性进行减振机构设计,并对动力头减振性能及振动特性进行分析,得到一些成果。首先,分析动力头振动特性,简化力学模型,并对减振系统的刚度系数及阻尼特性进行分析,得到减振性能与系统频率比及阻尼比的关系曲线;得到减振机构的刚度系数变化曲线;利用三维设计软件进行结构设计;为后续的数值模拟及仿真奠定基础。其次,利用数值模拟对三维结构中的密封环节进行不同结构参数的仿真模拟,分析了不同结构参数对密封性能的影响,得出不同结构参数与密封性能的变化关系,结合工程实际,通过比较得出迷宫密封的最佳尺寸组合。最后,采用ANSYS对减振机构进行有限元仿真,得出等效压力及位移云图,分析得到了激振频率、气体初始压强与减振系统的减振性能之间的相互关系,利用位移振级落差对仿真结果进行减振效果评价。提出减振结构的最优激振频率比及气体初始压强,并指出减振机构的不足之处,可为后续其他减振方案设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究意义与背景
•   1.2 声频钻进技术
•     1.2.1 声频钻进技术简介
•     1.2.2 声频钻进技术发展历史
•     1.2.3 声频钻进技术的优点
•   1.3 隔振技术
•     1.3.1 隔振技术简介
•     1.3.2 声频钻机动力头减振发展现状
•   1.4 研究内容与技术路线
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 技术路线
• 第二章 隔振系统三维设计及力学模型研究
•   2.1 基于SOLIDWORK的隔振系统的三维设计
•   2.2 隔振模型的力学模型
•     2.2.1 隔振系统的力学方程
•     2.2.2 压缩气体的垂向刚度系数及阻尼特性
•     2.2.3 V形密封圈的刚度系数
•     2.2.4 钻进过程中振动系统的力学模型
•   2.3 隔振效果评价
•     2.3.1 力的传递效率
•     2.3.2 插入损失
•     2.3.3 振级落差
•   2.4 本章小结
• 第三章 迷宫密封设计及仿真模拟
•   3.1 迷宫密封及密封机理
•   3.2 迷宫密封的设计
•   3.3 迷宫密封的FLUENT数值模拟
•     3.3.1 软件介绍
•     3.3.2 模型控制方程
•     3.3.3 k-ε湍流模型
•     3.3.4 初始边界条件
•     3.3.5 数值模拟
•   3.4 本章小结
• 第四章 减振机构的仿真模拟分析
•   4.1 Ansys workbench仿真模拟流程
•   4.2 仿真分析前处理
•     4.2.1 模型建立
•     4.2.2 模型导入及物理性质定义
•     4.2.3 网格划分
•   4.3 约束及荷载施加及结果分析
•     4.3.1 约束及荷载施加
•     4.3.2 结果分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩磊

导师: 刘宝林,朱文鑑

关键词: 声频钻机,减振,气体刚度,设计,仿真模拟

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,矿业工程,工业通用技术及设备

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P634.31;TB535.1

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000202

总页数: 66

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