基于光纖光柵的鉆桿沖擊動力學(xué)特性研究.pdf

1、近年來，航天、航空、石油、土木和海洋工程等大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)正向著高精度化發(fā)展，以至其動力學(xué)問題也日益復(fù)雜。因此必須對其進行高質(zhì)量的動態(tài)測試和分析，以確保工程的可靠性，并降低成本。傳統(tǒng)的電磁式傳感技術(shù)已經(jīng)遠不能滿足高精度的要求。光纖光柵傳感作為一種新興的傳感技術(shù)，具有電磁式傳感器所無法企及的優(yōu)點，其精度高、質(zhì)量輕、體積小，并且抗干擾，在實際工程中的應(yīng)用越來越廣泛。
　　沖擊鉆具在工作過程中，不合適的沖擊功率和鉆具質(zhì)量會影響系統(tǒng)

2、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性或造成成本浪費。同時，沖擊過程中也伴隨著振動，如果振動頻率接近或達到鉆具的固有頻率，會使結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，使其不能正常工作，甚至導(dǎo)致鉆進系統(tǒng)的損壞和人身傷亡事故。為此，在鉆進系統(tǒng)設(shè)計時，尤其是在對功耗和質(zhì)量要求很高的工程中（如航空航天工程），分析和檢測鉆具的動態(tài)特性是非常有必要的。
　　本文從理論上對鉆桿的沖擊動力學(xué)特性進行了分析，以ANSYS有限元仿真結(jié)果作為指導(dǎo)，利用光纖光柵傳感器對鉆桿的固有頻率和應(yīng)力波傳遞進行了測量

3、。主要工作包括以下幾個方面:
　　1.綜合分析了光纖光柵的傳感特性、解調(diào)方法及應(yīng)用，簡述沖擊動力學(xué)參數(shù)測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并比較不同檢測方法的特點。
　　2.從理論上討論鉆桿的波動力學(xué)特性和沖擊振動特性，分析應(yīng)力波在不同端面的反射和透射，建立沖擊機構(gòu)模型。提出利用光纖光柵對鉆桿的沖擊動力學(xué)特性進行檢測的新方法。
　　3.利用ANSYS有限元軟件對鉆桿進行模態(tài)仿真和非線性動力學(xué)仿真。得到?jīng)_擊鉆桿的前五階固有頻率分別為:5

4、37.94 Hz、583.55 Hz、1599.50 Hz、1608.50 Hz和2712.00 Hz。對鉆桿進行不同沖擊速度的軸向沖擊，得到桿上不同節(jié)點的應(yīng)力時程以及不同時刻的應(yīng)力分布云圖。
　　4.設(shè)計了基于光纖光柵的鉆桿沖擊動力學(xué)參數(shù)檢測系統(tǒng)。通過錘擊法測得鉆桿的前五階固有頻率分別為:532.99 Hz、625.40 Hz、1593.80 Hz、1728.30 Hz和2642.44 Hz。并監(jiān)測不同沖擊速度的單次沖擊下應(yīng)力波