基于有限元數值方法的鉆桿天線磁芯槽優化研究

秦才會,李國玉,季新標,江 帆,郭 宇

(1. 中海油田服務股份有限公司,河北 三河 065201;2. 國防科技大學 空天科學學院,湖南 長沙 410073)

0 引 言

石油鉆桿天線磁芯槽在結構上主要有45°槽與軸向槽(又稱90°槽),這兩種槽均存在深度、寬度和長度尺寸,以及槽數量的結構優化問題,由于天線磁芯槽的結構復雜,所承受載荷工況具有多樣性,使采用試驗的方法優化天線磁芯槽的結構變得異常困難,主要是存在物理樣機數量多和載荷工況施加困難等問題,需要花費大量的試驗經費與時間。而通過數值仿真對天線磁芯槽的結構進行優化是一種便捷有效的方法,不少學者及專家利用有限元分析原理[1-2]對鉆桿零部件進行了設計,有的分析了鉆桿斷裂強度[3]、疲勞性能[4]、拉鈕復合載荷下的性能[5],以及通過試驗來研究鉆桿的強度[6]等。同樣,國外學者采用數值方法對鉆桿開展了大量研究工作,RAMOS等[7]研究了鉆桿在復合載荷工況(壓力、扭轉及外壓)作用下的剛度。HISHIDA等[8]結合物理樣機試驗和數值方法結果相結合,提出了鉆桿壓力預測方法。采用數值方法時,通過對鉆桿結構完整性進行分析,進而對鉆桿重要部位進行結構優化設計尤其重要,需要將材料力學基本理論與數字仿真技術相結合,來研究石油鉆桿天線磁芯槽的結構優化問題,實際應用中,這種通過有限元數值樣機仿真方法確定多種載荷工況作用下鉆桿結構完整性,進而對天線磁芯槽結構進行優化的方法,不僅可以節約經費,而且顯著縮短了研發周期,可為石油鉆桿結構完整性評估與結構優化提供理論指導與技術支撐。……