一、牙轮钻头牙齿强度有限元分析（论文文献综述）
吴泽兵,周珂飞,陈汉杰[1]（2021）在《牙轮钻头牙齿镶装工艺有限元研究》文中提出牙轮钻头在破岩过程中容易因掉齿而导致钻头失效。为了减少钻头失效行为的发生,延长钻头的使用寿命,基于弹性力学理论及有限元仿真软件ABAQUS,对牙齿与齿孔过盈配合过程进行了理论分析与仿真结果对比,验证了镶齿有限元计算方法的准确性与可靠性;考虑不同齿圈牙齿镶装顺序对牙轮壳体强度和变形的影响,设计了多组试验方案进行仿真模拟,分析了相同过盈量下不同镶装顺序对牙齿、齿孔受力和变形的影响,进而确定了最佳的镶装工艺。研究结果表明:随着镶齿的进行,镶装时压齿力、固齿力和Mises应力均有增大的趋势;不同镶装工艺下,保径齿齿圈固齿力最大,Mises应力和所需压齿力最小;通过对比24组镶装试验,以壳体变形为评价准则,优选9-3241和10-3214为最佳镶装方案。所得结论可为牙轮钻头镶装工艺的制定提供指导。
郑维新[2]（2021）在《牙轮钻头滑动轴承系统动态仿真》文中研究表明随着钻井不断向向深井、超深井和大位移水平井迈进,钻进过程常遇到软地层、硬地层、无规律软硬地层交替和强研磨等地层,这无疑对钻头,尤其是轴承系统提出了更高的性能要求。为提高钻井效率,要求轴承在大钻压、高机械钻速下保持更长时间的良好运转。受井底空间限制,牙轮钻头结构设计尺寸有限,牙轮壳体和轴颈尺寸设计都不能太大,强瞬态冲击载荷和较高转速常常导致轴承磨损过量而导致轴承失效。对牙轮钻头滑动轴承在既定边界条件和尺寸下进行动态仿真研究,不仅能够掌握轴承在井底作业时其力学行为特性,也有利于对其进行结构优化提供理论指导。本文以某型8 1/2”三牙轮钻头滑动轴承为研究对象,进行动态仿真,具体研究内容如下:（1）首先,分析三牙轮钻头滑动轴承的结构及受力特点,找出最先失效的受载牙轮,以最大受载牙轮为分析对象,应用Creo建立包含牙掌、轴颈和牙轮的钻头三维模型,并进行适当简化。（2）其次,应用ANSYS-Workbench瞬态动力学分析模块,对钻头施加瞬态冲击载荷,研究轴承等效应力、弹性应变和径向振动位移随时间变化的规律,提出对轴颈进行母线凸度量修形、端部倒圆角修形和牙轮内孔圆弧修形的优化设计方法。（3）再次,通过对比分析优化和未优化轴承受瞬态冲击载荷后其应力和径向位移的分布规律,得出优化后的轴承应力集中有所改善,抗瞬态冲击能力增强。（4）另外,研究了轴颈与牙轮间隙对应力分布的影响,找到最优匹配间隙。（5）接着,应用ANSYS/LS-DYNA显示动力学模块对简化后的牙轮钻头进行动态仿真,首先研究轴承上等效应力的分布规律,再进一步研究当钻头载荷和转速发生改变时,轴承应力和振动位移随时间变化的规律。（6）最后,综合滑动轴承、滚动轴承和浮动套轴承的优缺点,设计了一种新型滚滑轴承,并将其引入牙轮钻头,以常规滑动轴承作为参考对象,研究了新型轴承结构动态应力、牙轮节点动态应力和轴颈振动位移随时间变化的规律,为新型轴承设计和应用提供一定理论依据。
周珂飞[3]（2021）在《牙齿镶装过程对齿面结构性能影响的计算机仿真研究》文中研究表明针对牙轮钻头易掉齿、脱齿导致钻头失效、镶齿试验条件十分苛刻这一问题,本文基于弹性力学理论及ABAQUS有限元仿真软件,建立了镶齿有限元模型,研究分析不同条件下镶装对牙齿、齿孔受力、变形的影响规律。首先通过大量文献调研,分析得到牙轮钻头的主要失效形式:牙齿材料或镶齿工艺选择不合理,牙轮齿孔对牙齿没有足够的预紧力,是导致牙齿失效的重要原因;其次,通过三牙轮钻头几何学分析,建立准确镶齿有限元模型,并对有限元模型进行了理论分析与仿真结果对比,验证了镶齿有限元计算方法的准确性与可靠性;之后基于可靠的有限元分析方法,研究了镶齿温度、摩擦系数、孔内空气对简化单齿孔模型牙齿、齿孔受力、变形影响规律;最后研究了牙轮钻头全齿镶装模型,通过Python编写脚本程序,参数化施加边界条件,设计了多组实验方案进行全齿镶装仿真模拟,并考虑了井下温度对钻头的影响,研究分析了不同条件下镶装对镶齿牙轮钻头的影响规律,从而得到最优镶齿工艺。通过以上分析研究,最终得到不同条件下镶齿对齿面结构性能的影响规律,为实际镶齿工艺制定提供一定参考。
吴泽兵,周珂飞,赵海超,黄海,郑维新,张文超[4]（2021）在《基于ABAQUS的牙轮钻头镶装工艺》文中研究表明基于热-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。
吕澜涛[5]（2020）在《混合钻头破岩机理研究及计算机仿真》文中指出近年来,浅层油气资源消耗巨大,难钻井作业不断增加以及页岩气开发成为热点,导致常规钻头钻井时出现牙齿磨损过快、机械钻速下降明显等问题,很难获得理想的钻进效果。混合钻头近几年在国外的成功设计和应用,表明其有着优于常规钻头的破岩优势,但目前对其破岩机理研究甚少,导致混合钻头推广受限。因此,本文采用理论和仿真相结合办法,开展混合钻头破岩机理研究。具体研究内容如下:（1）了解PDC钻头和牙轮钻头破岩过程,在此基础上对混合钻头破岩机理进行研究。结果表明:混合钻头破岩是牙轮牙齿与PDC齿对岩石共同作用的结果,从而提高其破岩速度。（2）通过对PDC结构和牙轮结构破岩受力分析,推导混合钻头破岩力学公式。（3）将混合钻头、牙轮钻头、PDC钻头进行破岩仿真,验证混合钻头相比于牙轮钻头和PDC钻头具有更好破岩效率。（4）研究混合钻头结构对其破岩机理的影响,得到牙轮主导型混合钻头适用于相对硬的地层;PDC主导型混合钻头适用于相对软的地层。（5）研究页岩破碎机理。针对混合钻头与含层理性页岩的相互作用机理进行研究,结果表明:混合钻头与岩石层理所成角度越小,钻速越快;层理厚度越少,岩钻速越快。
张帅[6]（2020）在《基于ABAQUS的石油钻头破岩仿真实验系统开发》文中研究表明针对试验条件的苛刻性,以及仿真模型建立过程的复杂性,基于ABAQUS软件平台,使用Python语言开发了PDC单齿和三牙轮齿圈破岩仿真实验系统,可以有效提高石油钻头破岩性能的研究效率。首先通过仿真模拟验证了系统的正确性,并进一步研究得出:（1）由于材料性质的差异,应力及温度在PDC层和基体之间产生了较大波动;（2）随着前倾角的增大,PDC切削齿与岩石的接触面积逐渐增大,从而切削力随之增大;（3）单齿圈破岩量随移轴距、转速和钻压的增大而增大,且钻压对破岩量影响最大;（4）勺型齿的吃入岩石能力最强,锥型齿次之,楔型齿最弱。勺型齿的破岩过程更加稳定,锥型齿更易挤压岩石形成密实区。通过正确性验证与实际应用充分证明了该系统可实现破岩仿真模型的快速建立,有效地提高了钻头破岩性能的研究效率。最后通过编写Python脚本,实现了PDC全齿的参数化建模,仿真模拟得出沿钻头包络线向两侧方向切削齿扭矩逐渐减小,钻头底部切削齿的切削面积大于侧翼切削齿切削面积,使得钻头底部切削齿的切削力远大于侧翼切削齿的切削力;通过三牙轮钻头全齿仿真模拟得出次外齿圈是决定轮体速比的关键因素,钻压对轮体速比影响较大,转速对轮体速比几乎无影响。
潘玉杰[7]（2020）在《针对页岩气开发的混合钻头设计及仿真分析》文中研究指明我国页岩气资源丰富,储量位居全球第一。因此页岩气开发是我国当今油气勘探开发中的一个热点。考虑到常用水平井开采页岩气,且混合钻头在定向钻井过程中有着优于常规PDC钻头以及牙轮钻头的破岩优势,能够很好的解决定向钻井过程中造斜不稳定的问题。所以针对页岩气的开发,混合钻头是较好的选择。本文总结了国内外混合钻头设计的研究进展以及存在的问题,展开了从理论研究到建立混合钻头三维模型,再到对模型进行仿真分析等的工作,并进行了混合钻头的优化设计,具体内容如下:（1）研究了常见的牙轮钻头和PDC钻头,结合二者的切削结构特点,根据两种钻头的基本设计原则,建立了一种拥有二者切削结构优点的针对页岩气开发的混合钻头三维实体模型;（2）对混合钻头进行强度仿真分析和运动学仿真分析,验证了混合钻头模型设计的合理性以及推导的几何学运动学方程的正确性;（3）研究了新的布齿设计参考图,即齿坑模型图。并利用C++语言在NX10.0环境下进行二次开发制作出“齿坑工具”插件,可以自动高效地绘制齿坑模型图,指导混合钻头的布齿优化设计;（4）归纳出了混合钻头从设计、建模、仿真、再到设计优化调整的一整套的设计方法,从而实现混合钻头的差异化和针对性设计。
王勇勇[8]（2020）在《石油钻头流体动力学仿真及水力结构设计》文中研究指明钻头的水力结构会影响井底清洁程度和切削齿的冷却效果,进而影响钻头的钻进效率和钻头寿命。通过研究钻头的井底流场,可以优化钻头的水力结构,使钻井液携带岩屑、辅助破岩的作用得到更好的发挥,使钻头获得更好的钻进性能。现今大多学者对PDC钻头、牙轮钻头、混合钻头的非旋转流场进行了研究,但对其旋转流场研究较少。针对以上问题,此次应用Fluent对这三种钻头的井底旋转流场进行了数值模拟仿真。依据仿真结果对钻头的喷嘴位置、喷嘴数量、喷嘴尺寸、喷嘴方向进行了改进。研究结果表明:PDC钻头3中心喷嘴垂直—3外围喷嘴向外井底流场较好;牙轮钻头3喷嘴向外井底流场较好;混合钻头4喷嘴改进井底流场较好。针对改进后的钻头研究了不同入口压力对钻头流场的影响。研究结果表明,随着入口压力的增大,岩屑运移路径上的压力幅值与压力波动变大,压力幅值较大有利于岩屑的运移。最终利用DPM模型研究了岩屑在三种钻头流场内的运移轨迹及分布状况。
胡原农[9]（2020）在《PDC-牙轮复合钻头破岩机理及设计研究》文中研究指明在石油钻井工程中,钻头作为主要的破岩工具,其设计好坏在很大程度上影响了钻井成本和钻井效率。但是随着浅层石油的急剧减少,钻井开始越来越多的面临地层复杂、深井、超深井、难钻地层,于是对钻头的设计及使用也提出了越来越高的要求。近些年,随着PDC-牙轮复合钻头在国外钻探现场的成功应用,其取得的优异钻井数据为钻头的发展指明了一定的道路。对于国内,一些生产钻头的厂家也迫切希望获得高性能和实用的复合钻头,从而打破国外的技术垄断,建立起自己的复合钻头制造技术和体系。目前PDC-牙轮复合钻头作为一种新的破岩工具,在硬地层、致密地层、高研磨性地层以及定向钻井中有着钻井效率高、造斜稳定、钻头使用寿命长等优势。虽然国内针对复合钻头开展了一些研究,并取得了一定的研究成果,但是对于复合钻头的破岩机理及设计技术还需要深入研究、完善。为此,本文针对复合钻头开展了以下研究,主要包括:（1）开展了PDC-牙轮复合钻头结构及工作原理的研究,深入剖析了PDC-牙轮复合钻头的破岩机理和失效形式,以及相比常规钻头而言复合钻头的破岩优势;（2）提出了PDC-牙轮复合钻头的设计相关因素:两套切削结构的复合、牙轮外形轮廓、牙齿齿型、冠部轮廓、保径设计方法。并针对硬地层、不均质地层以及定向钻井对复合钻头的个性化设计进行了探讨。根据复杂难钻地层特性,设计了一款1211/4in的复合钻头,其结构为三刀翼+三牙轮布置的结构;（3）运用有限元动力学分析软件ANSYS,模拟PDC-牙轮复合钻头的动态破岩过程,得到PDC-牙轮复合钻头钻进硬地层的破岩效果、破岩效率,以及井底、井壁岩石应力场的分布情况;（4）根据牙轮的几何学、运动学以及PDC固定切削刀翼的几何学、运动学特性,讨论分析了PDC-牙轮复合钻头的几何学、运动学。在几何学研究基础上,由此编制了钻头井底轨迹仿真软件,绘制出钻头的仿真井底轨迹。本文所做的理论研究和设计技术研究,为PDC-牙轮复合钻头的设计、评价及对结构设计进行优化调整提供参考。
张祥[10]（2019）在《基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究》文中研究说明面对石油价格不断上涨,减少钻井成本成为了必然趋势。牙轮钻头是常用的钻井工具之一,其失效形式之一就是牙轮钻头的磨损,给牙轮钻头快速钻进带来了巨大的挑战。本文在现有牙轮钻头研究的基础上,结合有限元的数值模拟和磨损理论的方法研究了牙轮钻头的牙齿磨损机理,并针对牙轮磨损机理,从结构和材料两方面进行了优化。本文主要开展了以下工作:首先,建立了三牙轮钻头的几何模型,通过有限元的数值模拟的方法,模拟了岩屑产生的部位以及空间分布规律,研究了岩屑对牙轮钻头牙齿的磨损作用。建立了井底流场的数值模拟,模拟了岩屑在钻井液作用下的流动规律,探索了岩屑对牙轮钻头最内排牙齿形成第二次刮擦造成磨损的过程。其次,建立了复合运动下牙轮钻头的磨损数学模型,利用子程序接口,编制了磨损程序,然后在此基础上建立了单齿磨损的有限元模型,对磨损模型进行验证。最后,基于牙轮钻头磨损的磨损理论,通过数值模拟的方式,对比了新热加工工艺方案和目前热加工工艺方案,分析了两种热加工工艺的材料性能以及组织。在牙轮钻头工作的特点和牙轮钻头磨损的机理基础上,优化了牙型角和牙齿在牙轮上的安排。
二、牙轮钻头牙齿强度有限元分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、牙轮钻头牙齿强度有限元分析（论文提纲范文）
（1）牙轮钻头牙齿镶装工艺有限元研究（论文提纲范文）
| 0 引 言 |
| 1 牙轮钻头镶齿数值模拟方法 |
| 1.1 有限元模型 |
| 1.2 材料参数 |
| 1.3 镶装工艺确定 |
| 2 镶装结构理论及有限元模型验证 |
| 2.1 理论分析 |
| 2.1.1 孔的受力分析 |
| 2.1.2 齿的受力分析 |
| 2.1.3 牙齿与齿孔过盈配合分析 |
| 2.2 模型验证 |
| 3 仿真结果分析 |
| 4 结 论 |
（2）牙轮钻头滑动轴承系统动态仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容及技术路线 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 牙轮钻头滑动轴承载荷分布研究及有限元理论 |
| 2.1 牙轮钻头滑动轴承结构及受力特点分析 |
| 2.2 牙轮钻头轴承受力分析 |
| 2.3 有限元理论介绍 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 牙轮钻头滑动轴承在瞬态冲击下的动力学分析 |
| 3.1 经典赫兹理论下的轴承接触问题 |
| 3.2 牙轮钻头滑动轴承瞬态动力学有限元分析 |
| 3.2.1 几何模型的建立 |
| 3.2.2 定义材料 |
| 3.2.3 有限元网格划分 |
| 3.2.4 边界条件及接触设置 |
| 3.2.5 滑动轴承瞬态动力学有限元分析 |
| 3.2.6 网格无关性验证 |
| 3.2.7 步长独立性验证 |
| 3.3 基于瞬态动力学的滑动轴承凸度量优化设计 |
| 3.3.1 设计基本思路 |
| 3.3.2 修形轴承接触几何 |
| 3.3.3 修形轴承有限元分析 |
| 3.3.4 不同参数优化设计下的应力结果对比 |
| 3.4 优化轴承振动特性分析 |
| 3.5 优化轴承接触间隙规律研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 牙轮钻头滑动轴承动态特性研究 |
| 4.1 显示动力学简介及动态分析基本思路 |
| 4.1.1 ANSYS/LS-DYNA显示动力学概述 |
| 4.1.2 ANSYS/LS-DYNA显示动力学基本理论 |
| 4.1.3 牙轮钻头滑动轴承动态分析基本思路 |
| 4.2 滑动轴承显示动力学仿真分析 |
| 4.2.1 模型建立与简化 |
| 4.2.2 显示动力学中材料参数的确定 |
| 4.2.3 网格划分 |
| 4.2.4 约束条件及载荷 |
| 4.2.5 仿真结果分析 |
| 4.3 滑动轴承动态特性分析 |
| 4.3.1 不同工作载荷下轴承的动态特性 |
| 4.3.2 不同转速下轴承的动态特性 |
| 4.4 新型牙轮钻头轴承设计及动态特性分析 |
| 4.4.1 结构动态应力包络线分析 |
| 4.4.2 两种轴承牙轮节点动态应力分析 |
| 4.4.3 轴颈振动位移对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5 章 总结和展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（3）牙齿镶装过程对齿面结构性能影响的计算机仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 1.4 创新点与技术路线 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 牙轮钻头固齿理论分析 |
| 2.1 牙轮钻头简介 |
| 2.2 齿孔应力应变理论分析 |
| 2.3 牙齿与齿孔几何分析 |
| 2.4 孔口处压力计算分析 |
| 2.5 温度对弹性模量的影响的计算分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 牙轮钻头镶齿建模基本理论与方法 |
| 3.1 三牙轮钻头几何学 |
| 3.2 牙轮钻头镶齿有限元分析模型 |
| 3.2.1 单齿镶装模型 |
| 3.2.2 全齿镶装模型 |
| 3.2.3 材料参数 |
| 3.3 网格敏感度研究 |
| 3.3.1 简化单齿孔网格尺寸研究 |
| 3.3.2 全齿镶装网格尺寸研究 |
| 3.4 牙轮钻头镶齿结构性能评价方法 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 简化单齿孔镶齿研究 |
| 4.1 模型验证 |
| 4.2 镶装温度 |
| 4.2.1 不同热装工艺的确定 |
| 4.2.2 结果分析 |
| 4.3 摩擦系数对单齿镶装的影响 |
| 4.4 齿底空气镶装的影响 |
| 4.4.1 常温下压缩空气的压力计算 |
| 4.4.2 高温下压缩空气的压力计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 牙轮钻头全齿镶装研究 |
| 5.1 镶装顺序对单齿圈镶装的影响 |
| 5.1.1 镶装方案的确定 |
| 5.1.2 仿真结果分析 |
| 5.2 镶装顺序对全齿镶装的影响 |
| 5.2.1 镶装方案的确定 |
| 5.2.2 仿真结果分析 |
| 5.3 镶装温度 |
| 5.4 井下温度 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（4）基于ABAQUS的牙轮钻头镶装工艺（论文提纲范文）
| 引 言 |
| 1 牙轮钻头镶齿数值模拟方法 |
| 1.1 有限元模型 |
| 1.2 材料参数 |
| 1.3 镶装工艺的确定 |
| 2 镶装结构理论分析及有限元模型验证 |
| 2.1 理论分析 |
| (1)孔的受力分析 |
| (2)齿的受力分析 |
| (3)牙齿与齿孔过盈配合受力分析 |
| 2.2 模型验证 |
| 3 仿真结果分析 |
| 4 结 论 |
（5）混合钻头破岩机理研究及计算机仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 本文主要研究内容 |
| 1.3 研究路线 |
| 1.4 混合钻头国内外研究现状 |
| 1.4.1 混合钻头现场试验情况 |
| 1.4.2 破岩仿真研究 |
| 1.4.3 破碎岩石机理研究现状 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 混合钻头结构及破岩机理 |
| 2.1 PDC钻头结构及失效形式 |
| 2.1.1 PDC钻头结构 |
| 2.1.2 PDC钻头失效形式 |
| 2.2 牙轮钻头结构及失效形式 |
| 2.2.1 牙轮钻头结构 |
| 2.2.2 牙轮钻头失效形式 |
| 2.3 混合钻头结构 |
| 2.4 混合钻头工作原理 |
| 2.4.1 PDC钻头破岩机理 |
| 2.4.2 牙轮钻头破岩机理 |
| 2.4.3 混合钻头破岩机理 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 混合钻头破岩特性理论研究 |
| 3.1 岩石损伤理论分析 |
| 3.2 岩石力学行为 |
| 3.2.1 岩石弹塑性问题 |
| 3.2.2 岩石本构模型 |
| 3.2.3 非线性接触模型 |
| 3.3 混合钻头破岩过程热理论分析 |
| 3.3.1 破岩过程热产生和传导 |
| 3.3.2 钻头温度理论分析 |
| 3.4 混合钻头切削齿受力分析 |
| 3.4.1 PDC切削齿接触力分析 |
| 3.4.2 牙轮牙齿接触力分析 |
| 3.5 混合钻头破岩受力分析 |
| 3.5.1 混合钻头PDC结构破岩受力分析 |
| 3.5.2 混合钻头牙轮结构破岩受力分析 |
| 3.5.3 PDC结构与牙轮结构共同作用破岩受力分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 混合钻头破岩有限元模型建立 |
| 4.1 软件简介 |
| 4.2 混合钻头有限元模型建立 |
| 4.2.1 仿真假设 |
| 4.2.2 仿真模型建立 |
| 4.2.3 约束及边界条件 |
| 4.2.4 材料属性 |
| 4.2.5 网格划分 |
| 4.3 有限元模型验证 |
| 4.3.1 仿真模型验证 |
| 4.3.2 仿真结果与实验结果对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 混合钻头破岩特性有限元分析 |
| 5.1 破岩量分析 |
| 5.2 应力分析 |
| 5.3 能耗分析 |
| 5.4 钻头导向能力分析 |
| 5.5 扭矩分析 |
| 5.6 软硬交替地层混合钻头与PDC钻头破岩对比 |
| 5.7 温度分析 |
| 5.7.1 混合钻头切削齿温度分析 |
| 5.7.2 混合钻头与PDC、牙轮钻头温度对比 |
| 5.7.3 不同钻压下温度分析 |
| 5.7.4 软硬地层温度分析 |
| 5.8 纵向相对高度对破岩影响 |
| 5.8.1 纵向相对高度对钻压分配的影响 |
| 5.8.2 纵向相对高度对温度影响 |
| 5.8.3 纵向相对高度对钻速影响 |
| 5.8.4 纵向相对高度对破岩井底的影响 |
| 5.9 本章小结 |
| 第六章 混合钻头破碎页岩研究 |
| 6.1 页岩发展与基本特征 |
| 6.2 页岩本构模型 |
| 6.3 页岩破碎分析 |
| 6.3.1 页岩破岩模型建立 |
| 6.3.2 层理角度和厚度对钻速的影响 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结 |
| 7.1 主要研究成果 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 思考与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（6）基于ABAQUS的石油钻头破岩仿真实验系统开发（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 钻头破岩试验研究现状 |
| 1.2.2 钻头破岩仿真研究现状 |
| 1.2.3 目前钻头破岩研究存在的问题 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 1.4 创新点与技术路线 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 钻头破岩仿真建模基本理论与方法 |
| 2.1 PDC钻头几何学 |
| 2.1.1 PDC钻头几何参数 |
| 2.1.2 PDC钻头几何学基本方程 |
| 2.2 PDC钻头受力分析 |
| 2.3 PDC切削齿破岩机理 |
| 2.4 三牙轮钻头几何学 |
| 2.4.1 三牙轮钻头几何参数 |
| 2.4.2 三牙轮钻头几何学基本方程 |
| 2.5 三牙轮钻头受力分析 |
| 2.6 三牙轮钻头破岩机理 |
| 2.7 破岩仿真模型的建立方法 |
| 2.7.1 建模基本假设 |
| 2.7.2 网格划分 |
| 2.7.3 边界条件与接触定义 |
| 2.7.4 岩石本构模型 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 PDC单齿和三牙轮齿圈破岩仿真实验系统开发 |
| 3.1 系统开发基础 |
| 3.1.1 软件概述 |
| 3.1.2 Python脚本的创建方法 |
| 3.2 PDC单齿破岩仿真实验系统 |
| 3.2.1 系统集成方式 |
| 3.2.2 系统数据库 |
| 3.2.3 系统界面设计 |
| 3.2.4 系统功能的实现 |
| 3.3 三牙轮齿圈破岩仿真实验系统 |
| 3.3.1 系统界面设计 |
| 3.3.2 系统功能的实现 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 PDC单齿和三牙轮齿圈破岩仿真实验系统应用 |
| 4.1 PDC单齿破岩仿真实验系统的应用 |
| 4.1.1 系统建模 |
| 4.1.2 仿真模型验证 |
| 4.1.3 系统应用 |
| 4.2 三牙轮齿圈破岩仿真实验系统的应用 |
| 4.2.1 系统建模 |
| 4.2.2 仿真模型验证 |
| 4.2.3 系统应用 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 PDC钻头与三牙轮钻头全齿破岩仿真 |
| 5.1 PDC全齿破岩仿真模型建立 |
| 5.1.1 实现方法 |
| 5.1.2 建模说明 |
| 5.2 PDC全齿仿真结果 |
| 5.2.1 应力云图 |
| 5.2.2 钻头进尺 |
| 5.2.3 受力分析 |
| 5.3 三牙轮钻头全齿破岩仿真模型建立 |
| 5.4 三牙轮全齿仿真结果 |
| 5.4.1 应力云图 |
| 5.4.2 钻头进尺 |
| 5.4.3 轮体速比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（7）针对页岩气开发的混合钻头设计及仿真分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国内外页岩气勘探开发现状 |
| 1.2.2 国内外混合钻头研究现状 |
| 1.2.3 国内外混合钻头仿真分析研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 页岩气概述及混合钻头基础理论 |
| 2.1 中国页岩气概述 |
| 2.2 PDC钻头概述 |
| 2.2.1 PDC钻头结构 |
| 2.2.2 PDC钻头碎岩机理 |
| 2.2.3 PDC钻头的失效形式 |
| 2.3 牙轮钻头概述 |
| 2.3.1 牙轮钻头结构 |
| 2.3.2 牙轮钻头碎岩机理 |
| 2.3.3 牙轮钻头的失效形式 |
| 2.4 混合钻头概述 |
| 2.4.1 混合钻头的结构 |
| 2.4.2 混合钻头的破岩机理 |
| 2.4.3 混合钻头的失效形式 |
| 2.5 混合钻头的基础理论 |
| 2.5.1 钻头坐标系 |
| 2.5.2 钻头几何学和运动学 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 混合钻头的参数化设计 |
| 3.1 混合钻头的设计内容 |
| 3.2 绘制PDC部分 |
| 3.2.1 刀翼冠部曲线设计 |
| 3.2.2 刀翼形状选择 |
| 3.2.3 布齿设计 |
| 3.2.4 确定齿前角和侧转角 |
| 3.3 绘制牙轮部分 |
| 3.3.1 绘制牙轮初始轮廓 |
| 3.3.2 绘制牙齿 |
| 3.4 混合钻头的装配 |
| 3.4.1 PDC部分的装配 |
| 3.4.2 牙轮部分的装配 |
| 3.4.3 混合钻头的装配 |
| 3.5 井底破碎曲线的绘制 |
| 3.5.1 牙轮部分井底破碎曲线的绘制 |
| 3.5.2 PDC部分井底破碎曲线的绘制 |
| 3.5.3 混合钻头的井底破碎曲线的绘制 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 混合钻头的仿真分析 |
| 4.1 混合钻头牙轮体的强度仿真 |
| 4.1.1 Creo Simulate概述 |
| 4.1.2 基本假设 |
| 4.1.3 建立模型 |
| 4.1.4 定义材料 |
| 4.1.5 网格划分 |
| 4.1.6 约束条件及载荷 |
| 4.1.7 仿真结果分析 |
| 4.2 混合钻头的运动学仿真 |
| 4.2.1 基本假设 |
| 4.2.2 创建约束 |
| 4.2.3 添加动力源 |
| 4.2.4 机构分析与定义 |
| 4.2.5 仿真结果分析 |
| 4.2.6 Matlab仿真分析对比 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 混合钻头齿坑建模及布齿设计优化方法 |
| 5.1 自动绘制齿坑的实现方法 |
| 5.1.1 UG的二次开发 |
| 5.1.2 制定自动绘制方案 |
| 5.1.3 模块函数说明 |
| 5.2 插件使用方法 |
| 5.2.1 NX10.0 下菜单系统 |
| 5.2.2 实例操作 |
| 5.3 齿坑模型输出及分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（8）石油钻头流体动力学仿真及水力结构设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究意义及背景 |
| 1.2 PDC钻头、牙轮钻头与混合钻头流场的研究现状 |
| 1.3 Fluent-DPM模型模拟与EDEM-Fluent耦合模拟研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 技术路线 |
| 第二章 钻头流场理论 |
| 2.1 岩屑的产生 |
| 2.1.1 钻头破岩简述 |
| 2.1.2 高压水射流辅助破岩 |
| 2.1.2.1 射流对井底的作用 |
| 2.1.2.2 射流的水楔作用对岩石裂纹的扩展影响 |
| 2.2 流体的运动状态 |
| 2.2.1 喷嘴射流 |
| 2.2.2 井底漫流 |
| 2.2.3 涡旋 |
| 2.3 钻头泥包及钻头冲蚀 |
| 2.3.1 钻头泥包 |
| 2.3.2 钻头冲蚀 |
| 2.4 钻井液井底净化 |
| 2.5 PDC钻头流场概述 |
| 2.6 牙轮钻头流场概述 |
| 2.7 钻头流场研究内容及方法 |
| 2.7.1 钻头流场研究内容 |
| 2.7.1.1 钻头流场物理参数 |
| 2.7.1.2 钻头水力参数及水力结构 |
| 2.7.2 钻头流场研究方法 |
| 2.7.2.1 理论研究方法 |
| 2.7.2.2 实验研究方法 |
| 2.8 有限元理论模型 |
| 2.8.1 流场简化 |
| 2.8.2 基本控制方程 |
| 2.8.3 旋转流场湍流模型 |
| 2.8.4 液固两相流理论 |
| 2.8.4.1 Fluent-DPM模型 |
| 2.8.4.2 EDEM-Fluent耦合模拟简介 |
| 第三章 PDC钻头与三牙轮钻头流场模型建立 |
| 3.1 流域三维计算模型建立 |
| 3.1.1 PDC钻头、三牙轮钻头、混合钻头模型 |
| 3.1.2 PDC钻头、三牙轮钻头、混合钻头流域模型 |
| 3.1.3 网格划分 |
| 3.2 携带岩屑流场物理模型的建立 |
| 3.2.1 Fluent-DPM模型岩屑设置 |
| 3.2.2 边界条件 |
| 第四章 钻头水力结构优化及流场研究 |
| 4.1 PDC钻头 |
| 4.1.1 PDC钻头水力结构优化 |
| 4.1.2 3喷嘴垂直3 喷嘴向外PDC钻头流场研究 |
| 4.2 牙轮钻头 |
| 4.2.1 牙轮钻头水力结构优化 |
| 4.2.2 喷嘴向外牙轮钻头流场研究 |
| 4.3 混合钻头 |
| 4.3.1 混合钻头水力结构优化 |
| 4.3.2 4喷嘴改进混合钻头流场研究 |
| 第五章 研究总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（9）PDC-牙轮复合钻头破岩机理及设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的目的及意义 |
| 1.2 PDC-牙轮复合钻头国内外研究现状 |
| 1.2.1 PDC-牙轮复合钻头结构设计研究现状 |
| 1.2.2 PDC-牙轮复合钻头仿真研究现状 |
| 1.2.3 PDC-牙轮复合钻头现场应用情况 |
| 1.3 目前存在的问题 |
| 1.4 研究内容及技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 第2章 PDC-牙轮复合钻头破岩机理研究 |
| 2.1 PDC钻头的结构及工作原理 |
| 2.1.1 PDC钻头结构 |
| 2.1.2 PDC钻头的破岩机理 |
| 2.1.3 PDC钻头的失效形式 |
| 2.2 牙轮钻头的结构及工作原理 |
| 2.2.1 牙轮钻头结构 |
| 2.2.2 牙轮钻头的破岩机理 |
| 2.2.3 牙轮钻头的失效形式 |
| 2.3 PDC-牙轮复合钻头的结构及工作原理 |
| 2.3.1 PDC-牙轮复合钻头结构 |
| 2.3.2 PDC-牙轮复合钻头的破岩机理 |
| 2.3.3 PDC-牙轮复合钻头的失效分析 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 PDC-牙轮复合钻头设计研究 |
| 3.1 PDC-牙轮复合钻头设计介绍 |
| 3.2 PDC-牙轮复合钻头设计相关因素 |
| 3.2.1 两套切削结构的复合 |
| 3.2.2 牙齿外形轮廓 |
| 3.2.3 牙轮牙齿齿型 |
| 3.2.4 复合钻头的冠部轮廓 |
| 3.2.5 复合钻头的保径设计 |
| 3.3 针对不同地层的个性化设计探讨 |
| 3.3.1 硬地层 |
| 3.3.2 不均匀层 |
| 3.3.3 定向钻井 |
| 3.4 针对复杂难钻地层PDC-牙轮复合钻头的设计 |
| 3.4.1 PDC-牙轮复合钻头的冠部轮廓设计 |
| 3.4.2 PDC-牙轮复合钻头的切削结构设计 |
| 3.4.3 PDC-牙轮复合钻头的保径设计 |
| 3.4.4 PDC-牙轮复合钻头的水力设计 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 PDC-牙轮复合钻头破岩有限元仿真分析 |
| 4.1 有限元仿真方案设计 |
| 4.2 有限元仿真软件介绍 |
| 4.3 PDC-牙轮复合钻头破岩有限元仿真模型介绍 |
| 4.3.1 有限元网格模型介绍 |
| 4.3.2 材料和单元算法 |
| 4.3.3 载荷边界条件接触的定义 |
| 4.3.4 其他参数设置 |
| 4.4 PDC-牙轮复合钻头破岩有限元仿真结果分析 |
| 4.4.1 复合钻头破岩的岩石应力场分析 |
| 4.4.2 复合钻头破岩的扭矩分析 |
| 4.4.3 复合钻头破岩的角速度和位移分析 |
| 4.4.4 复合钻头破岩的加速度分析 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 PDC-牙轮复合钻头井底轨迹研究 |
| 5.1 PDC-牙轮复合钻头的基础理论 |
| 5.1.1 钻头坐标系 |
| 5.1.2 PDC-牙轮复合钻头的几何学 |
| 5.1.3 PDC-牙轮复合钻头的运动学 |
| 5.2 PDC-牙轮复合钻头的井底轨迹软件 |
| 5.2.1 软件的开发工具和系统环境 |
| 5.2.2 软件的功能 |
| 5.2.3 牙轮钻头的井底轨迹 |
| 5.2.4 PDC钻头的井底轨迹 |
| 5.2.5 PDC-牙轮复合钻头的井底轨迹 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 结论与认识 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 牙轮钻头运动学国内外研究现状 |
| 1.2.2 牙轮钻头受力分析国内外研究现状 |
| 1.2.3 牙轮钻头流场国内外研究现状 |
| 1.2.4 牙轮钻头磨损国内外研究现状 |
| 1.2.5 牙轮钻头材料国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第2章 牙轮钻头运动学和井底流场研究 |
| 2.1 三牙轮几何建模 |
| 2.2 Abaqus软件介绍 |
| 2.2.1 ABAQUS在三牙轮钻头破岩过程中的应用 |
| 2.2.2 COHESIVE单元介绍和应用 |
| 2.3 三牙轮钻头运动学研究 |
| 2.3.1 基本假设 |
| 2.3.2 岩石材料本构模型及参数设置 |
| 2.3.3 几何模型的网格划分 |
| 2.3.4 约束和边界条件的施加 |
| 2.3.5 数值模拟结果分析 |
| 2.4 岩屑在钻井液作用下的运行规律 |
| 2.4.1 模型简化 |
| 2.4.2 流动模型 |
| 2.4.3 钻头以及流体参数设置 |
| 2.4.4 数值模拟结果 |
| 2.4.5 数值模拟结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 牙轮钻头的磨损机理 |
| 3.1 牙轮钻头结构及性能特点 |
| 3.2 牙轮钻头运动学和力学分析 |
| 3.2.1 牙轮钻头的空间坐标系 |
| 3.2.2 牙轮钻头运动学分析 |
| 3.2.3 牙轮钻头力学分析 |
| 3.3 牙齿磨损模型 |
| 3.3.1 ARCHARD经典磨损公式 |
| 3.3.2 牙轮钻头牙齿磨损公式 |
| 3.4 牙齿磨损数值模拟验证 |
| 3.4.1 磨损有限元数值模拟的介绍 |
| 3.4.2 有限元模型 |
| 3.4.3 相关参数设定 |
| 3.4.4 仿真结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 牙轮钻头材料及结构优化 |
| 4.1 材料热加工工艺相关理论 |
| 4.1.1 淬火过程温度场计算基本原理 |
| 4.1.2 淬火过程的相变理论 |
| 4.2 牙轮热处理工艺 |
| 4.2.1 SN2025 材料性能分析 |
| 4.2.2 牙轮热处理工艺介绍 |
| 4.2.3 牙轮有限元模型 |
| 4.2.4 现有的热加工工艺 |
| 4.2.5 改进的热处理工艺 |
| 4.3 牙轮钻头结构优化设计 |
| 4.3.1 齿形的选择 |
| 4.3.2 牙齿在牙轮上的布局安排 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
四、牙轮钻头牙齿强度有限元分析（论文参考文献）
- [1]牙轮钻头牙齿镶装工艺有限元研究[J]. 吴泽兵,周珂飞,陈汉杰. 石油机械, 2021(07)
- [2]牙轮钻头滑动轴承系统动态仿真[D]. 郑维新. 西安石油大学, 2021(09)
- [3]牙齿镶装过程对齿面结构性能影响的计算机仿真研究[D]. 周珂飞. 西安石油大学, 2021(09)
- [4]基于ABAQUS的牙轮钻头镶装工艺[J]. 吴泽兵,周珂飞,赵海超,黄海,郑维新,张文超. 西安石油大学学报(自然科学版), 2021(03)
- [5]混合钻头破岩机理研究及计算机仿真[D]. 吕澜涛. 西安石油大学, 2020(10)
- [6]基于ABAQUS的石油钻头破岩仿真实验系统开发[D]. 张帅. 西安石油大学, 2020(10)
- [7]针对页岩气开发的混合钻头设计及仿真分析[D]. 潘玉杰. 西安石油大学, 2020(12)
- [8]石油钻头流体动力学仿真及水力结构设计[D]. 王勇勇. 西安石油大学, 2020(12)
- [9]PDC-牙轮复合钻头破岩机理及设计研究[D]. 胡原农. 中国石油大学(北京), 2020
- [10]基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究[D]. 张祥. 燕山大学, 2019(03)