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YZX127型液动锤产生的应力波及其传播研究

苏自武  
【摘要】:潜孔液动冲击器简称液动锤,由于其独特的结构和工作原理,使其具有结构简单、适用深孔硬岩钻进等特点,在水文水井、地热井、油气井以及科学深钻中都有良好的应用前景。而在中国大陆科学钻探工程中的成功应用也正好说明液动锤的作用越来越明显。但目前液动锤存在单次冲击能传递效率较低、多依靠经验设计、工作不太稳定等弱点,因此,本论文从潜孔冲击锤产生的应力波入手,对应力波的传播过程和波在传播过程中能量传递效率的变化以及波在三维空间中的传播特征做一些分析,以便对潜孔冲击锤的设计提供一些实用理论。 本论文利用波的基础理论,得出冲锤产生的应力波在传播过程中在各变截面上质点的速度变化规律、力的变化规律。应力波在传播过程中能量也随着传播出去。当扰动在弹性介质中以波的形式传播时,在波通过的地方,质点在自己的平衡位量附近振动从而具有随时间变化的动能和势能,而动能和势能的变化取决于波的变化,因此本文中对能量传播问题主要从应力波的变化过程和作用力的变化过程来判定冲击能的变化,以此从波的变化过程中找出单次冲击能效率最优值。 本论文也讨论了在冲击能的作用下,材料的瞬时变形长度随时间的变化关系,得出可由截面面积的变化判断出瞬时变形长度的变化。并讨论了应力波在三维空间中传播的特性,以此判定应力波在取芯工具中传播的波型变化规律,以及其传播特征与三牙轮钻头设计的合理匹配问题。 最后,在以上理论的基础上,对冲锤的优化设计进行讨论。


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