摘要：针对连续纤维增强的聚合物基复合材料,梳理了常见的缺陷及其产生原因,从缺陷的无损检测方法及其对材料力学性质的影响方面,回顾了最新研究进展。在缺陷检测方面,提高检测精度、加速检测数据处理、发展针对特殊缺陷的检测技术是目前研究的热点。在宏观缺陷对复合材料力学性质的影响方面进行了定性和定量的综述,影响因素主要包括:分层缺陷的面内尺寸、埋深和形状,孔隙缺陷的孔隙率、分布集度和形状,褶皱缺陷的方向、凹凸性和褶皱角等。为纤维增强聚合物基复合材料构件的设计及其可靠性评价提供依据。

摘要：针对目前常规的固井滑套分段压裂技术在深井超深井中存在工具管串下入性差、安全性低、开采效率不高等问题,提出一种无限级键槽式固井滑套,并设计配套的梭镖和新型中间三胶筒结构。基于橡胶热疲劳老化力学性能实验,建立梭镖胶筒三维动力学数值模型,研究防突环结构和胶筒结构对密封性能的影响规律。研究结果表明:当防突环的数量为2和防突环的开槽数为4时,胶筒的最小密封压力达到最大;胶筒长度对密封压力有显著影响,随着中间胶筒长度的增加,最小密封压力整体呈先增大后减小的趋势;胶筒的不同开孔形状对胶筒密封性能影响显著;当梭镖中间胶筒长度为125 mm时,开孔形状为半圆形且开孔半径为3~5 mm时,密封压力高,密封效果最好。

摘要：针对螺旋升角型卡瓦齿的卡瓦与管柱接触特性不清晰而造成卡瓦夹持性能无法准确评价等问题,采用理论方法分析卡瓦管柱相互作用受力,通过数值模拟方法,建立卡瓦-管柱-卡瓦座全尺寸相互接触有限元模型,开展了不同轴向载荷和摩擦系数下卡瓦和管柱的Mises应力和接触应力分布规律等接触特性研究,得到在轴向上,由底部往顶部逐渐减小,在周向上为非完成对称分布,且存在应力集中位置,卡瓦与管柱相比所受的Mises应力较大,接触应力较小;随着轴向载荷增大,Mises应力和接触应力都增大,随着摩擦系数的增大,Mises应力和接触应力都减小;在设计和实际使用中应着重考虑应力较大的部件和位置,在大载荷工况下,建议通过改变卡瓦材料、卡瓦齿形状等方式来增大摩擦系数,从而提高卡瓦在大载荷工况下的夹持性能,同时又可防止夹持力过大造成管柱被咬合过深而损坏。研究成果可为卡瓦的设计及夹持性能的评价提供理论指导。

摘要：针对复杂螺旋曲面成形磨砂轮廓形设计中数学理论较为复杂的问题,提出了一种新的数值仿真方法进行复杂螺旋面磨削加工的砂轮廓形设计,其基本原理是通过坐标转换将工件与砂轮的坐标系进行整合,离散处理工件与砂轮面模型,通过数值迭代算法求得砂轮与工件的空间接触迹线3维离散点坐标,进一步通过坐标转换求得砂轮廓形。该方法数学原理简单,易于编程实现,通过与解析方法的计算结果对比,表明其数据精度满足产品设计要求,具有很好的工程应用价值。同时该方法也适用于任意复杂曲面成形磨的砂轮廓形设计。

摘要：为提高管道机器人在管道内行走的安全性及可靠性,本文针对管径为457 mm的天然气运输管道,设计一款液压驱动蠕动式爬行管道检测机器人,用以对管道内壁的损伤及管体腐蚀开裂情况进行离线检测。根据管道内工况需求,利用蠕动爬行原理对管道机器人整体结构设计。计算管道机器人的驱动能力和越障能力,并采用多体动力学仿真技术对其进行分析,得出管道机器人运行过程中所能达到的最大驱动力及能够通过的最大障碍高度,并制作了物理样机并对其各项性能进行测试。结果表明:管道机器人的运动特性与理论分析结果一致,机器人运行过程平稳可靠,能够保证足够的管道通过性能及驱动能力,可实现复杂工况下的运行和检测。

摘要：动力学分析是机器人评估运动性能以及实施运动控制的关键,由于四足爬壁机器人的多运动链结构和闭链约束,运动学分析较为困难。为此,本文提出以虚功原理求解四足磁吸附爬壁机器人的稳定性与动力学。求解动力学方程,利用优化理论设计驱动力二次规划方法,通过最小功率原则计算关节驱动力,并验证其合理性。设计仿真实验,通过PID控制,采用Matlab与ADAMS联合仿真。仿真结果表明:该控制方案具有较高的跟踪性能和控制精度,负载在350 N及以下时,机器人不会发生滑移,并验证了冗余驱动下驱动力求解的正确性。

摘要：密封是决定牙轮钻头寿命的关键,由于被动密封磨损严重,限制了牙轮钻头转速及寿命的提高。通过分析具有主动排砂功能的螺旋组合密封结构的基本原理,并结合流固耦合基础理论,建立了相应的控制方程。通过有限元仿真和试验相结合的方法研究了螺旋组合密封的性能。在有限元仿真部分,建立了仿真模型,利用ANSYS仿真软件对螺旋组合密封进行了流固耦合仿真研究,通过螺旋密封的流场压力分析单螺旋密封的排砂作用,通过螺旋组合密封中O型圈的接触压力分析螺旋组合密封的密封能力。设计了未加压单螺旋密封圈排砂性能验证试验来验证单螺旋密封的排砂能力,设计了加压螺旋组合密封性能验证试验来研究螺旋组合密封性能,通过室内台架模拟真实钻井工况研究螺旋组合密封的实际应用情况。仿真结果与试验结果均表明,单螺旋密封圈的排砂作用可行,螺旋组合密封具有良好的密封能力。

摘要：针对螺杆钻具中较易发生失效的推力轴承组设计一种推力空心圆锥滚子轴承组结构。建立该轴承的有限元计算模型,确定合理的滚子空心结构,得到一种深穴空心圆锥滚子结构。研究空心度和轴向载荷对轴承力学性能的影响。结果表明:圆锥滚子宜采用等比空心结构,空心滚子端部存在应力集中现象;空心度越大,滚子内壁上和沿轴向的等效应力分布越不均匀,当空心度小于65%时,滚子的等效应力变化较小;轴向载荷越大,滚子两端的应力集中现象越严重。随着深穴深度和直径增大,滚子端部的应力逐渐减小,而中间部位的应力逐渐增大,此深穴结构可以有效地改善其端部的"边缘效应",避免轴承组过早发生疲劳失效。

摘要：高频扭转冲击钻井作为一种新兴钻井技术,由于其在硬地层钻进中具有显著的提速效果以及能够较好抑制黏滑振动的发生而得到极大关注。但由于对其破岩机理以及提速机理认识不够清楚,使得高频扭转冲击钻井技术在推广应用时尚未发挥其最佳性能。基于有限元法建立了单齿扭转冲击切削岩石的拟三维数值仿真模型,研究了扭转冲击作用下钻齿切削岩石过程中的裂纹扩展、岩屑形成、损伤演化以及破岩比功等问题。研究结果表明:扭转冲击切削作用下岩石相比常规切削更易发生脆性破碎(体积破碎)形成大块岩屑;扭转冲击切削作用下的破岩比功要明显小于常规切削,且岩石单元从损伤萌生到刚度完全退化的时间同样要小于常规切削作用;在软地层中扭转冲击切削几乎没有提速效果。研究结果可为扭转冲击器及钻头设计、钻井参数优选提供依据。

摘要：针对气体钻水平井中岩屑在下井壁滞留和聚集的问题,设计了一种气体钻井专用稳定器,所设计的新型结构可避免稳定器处发生沉屑卡钻或减少其发生几率。基于气-固两相流理论和数值模拟技术,提出了稳定器工作性能优劣的评价指标,并研究了稳定器结构参数(流道入出口径、槽深、窄流道位置、螺旋度、螺旋棱轴向长度、螺旋棱形状)对稳定器工作性能的影响。研究表明:在气体循环介质条件下,结构参数对稳定器的工作性能影响很大,燕尾槽形的流道入出口和零端面厚度的螺旋棱导流坡面复合结构可以有效解决稳定器入、出口端的岩屑粒子反射和沉降问题。直径为215.9mm稳定器可用于气体钻井,特别是气体钻水平井中,提出的工作性能评价方法和研究结论可指导其他规格气体钻井稳定器的设计。