一、单牙轮钻头轴承接触应力分析（论文文献综述）
吴泽兵,Adnane El Mokhtari,郑维新[1]（2020）在《钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化》文中研究指明在石油钻探工程中牙轮钻头承担着极为重要的作用,其工作寿命与钻井性能对工程质量、效率和成本都有重大影响。轴承作为牙轮钻头最重要的结构,其表面接触应力分布及其不均匀是导致轴承结构失效的最主要原因,因此有必要对轴承接触应力分布和大小进行分析研究。利用Creo与Pro/E软件对牙轮钻头滑动轴承副结构进行了3D实体模型的搭建,利用ANSYS软件建立了牙轮钻头滑动轴承接触应力的有限元分析模型,并得出轴承接触应力分布图与接触应力峰值。通过上述途径方法成功对12种不同的间隙值对应的滑动轴承受力情况作出了计算分析,清晰地看到牙轮受力时滑动轴承表面应力的分布情况,通过峰值比较优选出了使寿命最长的孔轴间隙值。
张祥[2]（2019）在《基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究》文中进行了进一步梳理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。
王昶皓[3]（2018）在《地层对钻头磨损机理及岩石研磨性评价研究》文中指出在钻井过程中,钻头破碎岩石的同时自身也会被磨损。钻头牙齿的磨损会降低钻头的破岩效率,外径的磨损会使井眼缩径,这些都会导致钻井效率大为降低,岩石的这种磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。岩石的研磨性至今还没有统一的评价方法和分级标准,其评价手段多是基于一些实验数据的曲线拟合及数理统计分析得出的经验模型,该方法不但操作复杂,耗时较长,对于磨损机理的研究也很不充分。另外,在钻头的适应性评价方面,通常也只是利用岩石可钻性等指标,往往忽略了岩石对钻头磨损程度的影响,这样选出的钻头与地层的匹配程度是不全面的。针对上述问题,以摩擦学原理为基础,深入分析不同类型钻头与地层之间的磨损机理,建立岩石研磨性的评价指标和分级方法,从而为钻头的选型和设计提供依据。根据岩石和钻头表面的形貌特征建立了表面粗糙度的分形表征方法,结合磨损后的钻头表面形貌和能谱分析结果,确定了PDC钻头复合片、牙轮钻头牙齿和钻头保径齿的磨损机理。根据牙轮钻头和PDC钻头各自的破岩特点,分别建立单齿压入岩石和单个切削齿切削岩石的接触力模型,结合岩石的破碎条件推导出地层对钻头牙齿及保径的反作用力。然后将地层-钻头两体摩擦副的表面接触形貌和受力情况相结合得到了二者的真实接触面积计算模型,根据PDC钻头滑动摩擦和牙轮钻头滚动摩擦的特征分别计算了滑动和滚动条件下的摩擦系数。由于钻头与岩石之间的滑动摩擦会产生大量的热,根据摩擦表面接触面积公式结合热传导理论揭示了滑动摩擦条件下的地层-钻头温升过程及温度分布情况,得到了在一定温度范围内地层与钻头之间的真实接触面积变化情况。在钻井过程中由于钻井液的存在,地层与钻头之间接触面的摩擦系数和温度是要远远小于干摩擦条件下的,通过对钻井液表面润滑特性的研究建立了在边界润滑条件下的地层-钻头摩擦副之间的摩擦力计算模型。应用能量守恒定律分析了钻井液循环的实际传热过程,得到了钻井液冷却条件下的井底温度场。然后根据钻头的磨损机理分析了不同磨损形式下磨损率的影响因素,结合井底的实际摩擦力及温度场分布情况建立了钻井液循环条件下的钻头磨损方程。在实验研究方面,主要是针对磨损方程中所包含的岩石基本属性进行了测试。实验选取了20组不同地区和性质的岩心,包括利用单轴和三轴压缩实验测定了岩心的弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角;利用X-RD衍射实验分析了岩心的矿物组分;利用扫描电镜得到了岩心的表面粗糙度分形维数。然后通过室内微钻头磨损实验结果与钻头磨损方程计算结果相比较,对方程进行了校正。以钻头的磨损量为评价指标,对影响钻头磨损的各岩石属性进行数值分析并计算极差,得到了岩石对钻头磨损的主控因素及控制机制。研究表明,岩石各因素影响钻头磨损的主次顺序为:石英含量>内摩擦角>表面分形维数>内聚力>弹性模量>泊松比。最后将钻头磨损方程中的钻头相关参数和工况参数进行标准化处理,然后采用以破碎单位体积岩石切削具的磨损失重作为衡量岩石研磨性指标,并引入了岩石的可钻性级值参数,建立了滑动条件和滚动条件下的岩石研磨性评价指标,根据不同岩性的计算结果给出了岩石研磨性的分级标准。该方法具有很好的适用性,对于丰富摩擦学理论、指导钻头的设计和优选有着重要意义。
刘俊[4]（2018）在《新型牙轮钻头轴承密封结构研究》文中提出牙轮钻头轴承密封结构起到阻止钻井液进入轴承腔、防止润滑脂泄露的作用,但随着深井、超深井以及难钻地层的不断开发,因密封失效而导致钻头失效的比例增加,因此需要提升牙轮钻头轴承密封结构的密封性能来满足高转速、高钻压的钻井需求。单金属密封结构作为常用的轴承密封结构之一,具有轴向尺寸较小、密封结构较简单、静密封面较少的特点,且适用于高温、高压和振动较强的工况。因此,本文主要针对现有单金属密封结构存在对中性差、动密封面接触应力分布不均匀的缺点,设计出新型密封结构来提升单金属密封结构密封性能,并且对影响单金属密封结构的参数进行研究。主要研究工作如下:（1）根据牙轮钻头轴承密封结构的实际工作情况,分析O型密封结构、双金属密封结构、单金属密封结构、弹簧补偿功能结构、磁力密封结构的结构特点,并且分析了这五种密封结构的失效形式;在确定单金属密封结构为本文分析结构后,分析了单金属密封结构的密封机理,给出单金属密封结构的失效判定准则,然后分析单金属密封结构安装过程中轴向位移与接触应力的力学关系。（2）利用有限元分析法,对单金属密封结构的Mises应力和接触应力进行研究,为了使结果与后文比较,建立了包含网格、材料、接触设置和边界条件的有限元分析规范以及评价方法。（3）研究了单金属密封结构不同轴向安装位移、不同工况、不同摩擦系数、动密封面接触长度、静环斜面倾角、静环高度、楔入角的变化对动密封面接触应力的影响规律。（4）选择静环斜面倾角、静环高度和动密封面的接触长度为优化对象,利用正交实验法来优化单金属密封结构的结构参数,并且开展了密封结构的敏感性研究,最终得到了单金属密封结构的最优结构参数组合。（5）针对现有单金属密封结构存在对中性差、接触应力小且接触应力分布呈外侧高、内侧低的缺点,在前文的优化结果基础上,设计出新型密封结构。分析对比了不同弧形长度和球头-锥面角度对动密封面接触应力的影响,并且得到最佳的弧形长度和球头-锥面角度的组合。（6）对新型密封结构的密封比压和泄漏量进行了验证,发现新型密封结构的密封比压符合使用要求,并且泄漏量小于出原始密封结构。最后研究了 O型橡胶圈和橡胶支撑环硬度的变化对新型密封结构动密封面接触应力的影响。通过本文的研究,证明了新型牙轮钻头轴承密封结构具有良好的密封性能。
孔春岩[5]（2017）在《球形单牙轮PDC复合钻头设计理论研究》文中认为随着我国国民经济的高速发展,国家对油气资源的需求急剧增加,供需矛盾日益严峻,2015年原油对外依存度首次超过60%,要保障国家能源战略规划的顺利实施,必须不断寻找新的油气资源。钻井是当今世界获取油气资源的唯一最佳手段,钻头是旋转钻井中直接破碎岩石并形成井眼的重要工具,其寿命与工作性能直接影响钻井速度,进而影响油气资源的勘探开发效率。单牙轮钻头是介于三牙轮钻头和PDC钻头之间的一种切削型钻头,曾以独特的破岩方式和较高的机械钻速获得钻井界的青睐,并成为小井眼侧钻及深井钻井中的首选钻头。根据现场应用跟踪调研和统计分析:单牙轮钻头主要失效形式为牙齿的先期过度磨损和切削“死点”。目前使用的硬质合金齿单牙轮钻头,只能应用于较软地层,对于硬而研磨性较高的地层,其先期磨损相当严重,寿命较短。因此,研究设计抗磨性强、岩性适应性更广泛的单牙轮钻头具有重要的现实意义和发展前景。本文针对单牙轮钻头存在的问题,采用球形单牙轮钻头+PDC钻头设计理念及PDC切削齿在牙轮上缓慢交替工作的原理,设计出新型球形单牙轮PDC复合钻头;通过系统的理论与仿真研究,建立了球形单牙轮PDC复合钻头的系统设计理论。（1）在简要阐述国内外单牙轮钻头的研究现状与发展趋势、单牙轮钻头的应用现状及存在主要问题基础上,提出了本文选题背景、目的意义及研究思路和主要研究内容。（2）通过对比分析单牙轮钻头与三牙轮钻头及PDC钻头不同的破岩机理,并对现场调研的单牙轮钻头失效机理进行分析总结,根据提出的球形单牙轮PDC复合钻头的设计理念,完成了三种球形单牙轮PDC复合钻头的方案设计。（3）考虑PDC齿在牙轮上安装的前倾角与侧转角及齿形特征,建立了球形单牙轮PDC复合钻头PDC齿的几何学与运动学方程,切削齿刃上任一点的径向分速度、切向分速度和纵向分速度,以及径向加速度、切向加速度和纵向加速度计算理论,实现单牙轮钻头的结构参数、PDC齿在牙轮上的位置参数、以及岩石特性对各项速度和加速度的影响规律的定量分析研究,为确定钻头的最优结构参数提供理论依据。（4）建立了单牙轮钻头PDC齿在井底的运动轨迹方程,对球形单牙轮PDC复合钻头三种设计方案在不同轴倾角、不同吃入深度、不同时间的井底轨迹进行了仿真;提出了基于井底覆盖率和最大未破碎凸台评价指标,得到各方案钻头轴倾角对井底覆盖率及最大凸台的影响规律;确定了各设计方案最佳轴倾角的设计范围,为球形单牙轮PDC复合钻头轴倾角的优选及牙轮齿面结构设计的评判与优化提供理论依据。（5）基于接触力学,建立了单牙轮上PDC齿垂直压入和水平刮切岩石产生的互作用力（轴向力、径向力和切向力）的理论计算公式,通过建立的钻头牙掌与牙轮、牙轮与PDC齿之间互作用力的关系式,得到PDC齿与岩石互作用力对牙轮及钻头产生的合力与合力矩的理论计算式;研究了 PDC齿压入和刮切岩石时的接触力与压入深度、PDC齿在牙轮上的位置高度、前倾角和侧转角等因素的相关性;进而完成球形单牙轮PDC复合钻头全齿破岩数值仿真分析,得到钻头的速度和加速度随时间的响应曲线以及各个PDC齿与岩石的互作用切削力。（6）基于上述研究内容,系统建立了球形单牙轮PDC复合钻头的设计理论,据此完成了 0118mm球形单牙轮PDC复合钻头的结构设计,并对主要部件进行了强度分析,制造出球形单牙轮PDC复合钻头实体,属国际首创,为室内和现场试验奠定了硬件基础。本文的研究工作完善了小井眼侧钻井、深井钻井及难钻地层单牙轮PDC复合钻头设计理论,具有较大的理论与工程应用价值。
杨林君[6]（2017）在《钻头轴承金属密封研究》文中研究说明研究表明牙轮钻头轴承密封寿命是影响牙轮钻头使用寿命的关键因素之一。目前所使用的牙轮钻头金属密封结构主要是单金属密封结构和双金属密封结构,他们的共同点是在密封结构中都含有橡胶材料,在井下高温的环境中,密封结构会因橡胶的老化而提前失效。随着深井、超深井以及地热钻井的不断增加,井下的温度越来越高,对金属密封结构的耐高温能力提出了新的要求。论文主要针对高温工作条件下的牙轮钻头轴承金属密封结构进行研究分析,提出了全金属密封新思路,并利用有限元分析手段研究了新型全金属轴承密封结构的力学特性。论文的主要内容为:（1）开展高温钻井条件下牙轮钻头及含有牙轮的复合钻头轴承密封的失效分析,找出影响密封寿命的主要因素。（2）建立牙轮钻头轴承单金属密封结构有限元分析模型。（3）利用有限元仿真方法,分析现有牙轮钻头轴承单金属密封结构在装配过程的应力、应变、接触应力变化情况,弄清其基本力学特性。（4）研究耐高温全金属密封结构,提出新技术方案。（5）建立牙轮钻头轴承全金属密封结构有限元分析模型。（6）通过有限元仿真方法,分析新型全金属密封结构在装配过程的应力、应变、接触应力变化情况。（7）分析不同结构参数对全金属密封结构的性能影响,对这些参数进行优选和结构改进。（8）通过对比分析单金属密封结构和全金属密封结构在装配好后的力学特性,论证了全金属密封结构的可行性和性能优势。（9）通过对比分析单金属密封结构和全金属密封结构在轴向跟随性上的力学表现,论证了全金属密封结构的轴向跟随性也相似于单金属密封结构。通过本文的研究论证了牙轮钻头新型轴承全金属密封结构具有良好的密封性能。相比现有的单金属密封结构,全金属密封结构因整个密封结构中只有金属材料而使其耐高温性能大大提高,有利于提高牙轮钻头在高温井下的使用寿命,具有非常大的实用价值。
谷浩[7]（2016）在《强制转动浮环轴承工作机理及设计理论研究》文中研究表明在钻井工程中,牙轮钻头被广泛使用。由于其特殊的结构形式,钻头的轴承系统成为了影响其工作寿命的关键部分。近年来,为了延长牙轮钻头在高转速下的使用寿命,科研人员研发了一种强制转动浮环滑动轴承,其最大特点是使浮环的转动力矩从摩擦力矩（由内外接触副产生）转变为了推力矩（由滚子滚动产生）,这样就减小了对浮环内外间隙值的依赖性。但是强制转动浮环应该如何设计,各结构参数受到哪些因素的影响,这些问题还没有得到解答。本文利用有限元、摩擦学等基础理论,运用仿真软件ABAQUS完成了强制转动浮环滑动轴承中浮环部分的研究工作,并进一步探讨了滚子结构参数对浮环转动力矩的影响规律,最终确定了滚子的一系列参数范围。论文完成了以下几个方面的工作：（1）牙轮钻头失效分析。通过收集国内外有关牙轮钻头方面的文献,可知绝大多数牙轮钻头因轴承粘着磨损失效。为解决此难题,本文提出一种强制转动浮环轴承的结构。（2）强制转动浮环滑动轴承动态分析。模拟了强制转动浮环滑动轴承各零件在转动过程中的转速、应力变化情况,弄清了其工作机理,为新型轴承结构的可行性提供了理论依据。（3）强制转动浮环轴承工作机理分析。基于81/2in三牙轮钻头结构尺寸,采用静态模型分析方法主要做了两个方面的研究：研究了浮环的内外间隙值、浮环厚度、滚子大小和数量等轴承结构参数及工况对浮环工作状态的影响规律以及滚子结构参数对其推力矩的影响规律。（4）强制转动浮环轴承设计理论研究。基于81/12in三牙轮钻头结构尺寸,结合浮环内外间隙值,给出滚子数量、滚子结构参数、滚子空心度、轴承许用钻压范围等一系列参数。本文验证了新型浮环轴承的稳定浮动能力,为牙轮钻头强制转动浮环轴承提供了一种设计思路,研究成果为浮环轴承的设计提供了理论依据。
郝广辉[8]（2016）在《牙轮钻头球面浮动套轴承激光淬火技术研究与应用》文中研究指明牙轮钻头作为最重要的钻井工具,其工作性能的优劣将直接决定钻井效率和钻井成本,进而决定着油气资源开采的延续性。而轴承作为牙轮钻头最主要的零部件之一,其寿命的长短直接决定着牙轮钻头的使用寿命。在实际工作过程中轴承耐磨性差,黏着磨损失效是制约牙轮钻头寿命的主要原因之一,同时轴承还传递着破岩所需的数百千牛的钻压,承受着较大的冲击载荷。为了提高牙轮钻头滑动轴承的耐磨性和抗疲劳性,本文将传统柱面的滑动轴承的外表面修缘成球面,并首次将激光淬火这一先进的表面改性技术引用到牙轮钻头球面浮动套轴承中,通过理论、有限元分析和实验相结合的方式开展牙轮钻头球面浮动套轴承激光淬火表面改性技术的研究,并对球面浮动套轴承激光淬火的工艺参数进行优化研究,使球面浮动套轴承达到外刚内韧的效果,通过本文的研究,为提高牙轮钻头滑动轴承的耐磨性和抗疲劳性提供一种新方法和新思路,进而提高和稳定牙轮钻头的使用寿命。论文完成的主要工作和取得的研究成果如下：（1）通过对国内外文献的调研可知,牙轮钻头滑动轴承存在耐磨性差、黏着磨损失效和承受冲击载荷的问题,而激光淬火技术在提高零部件耐磨性和抗疲劳性方面有其独特的优势,本文首次将激光淬火引用到牙轮钻头球面浮动套轴承中,开创了一种提高牙轮钻头滑动轴承耐磨性和抗疲劳性的新方法和新思路。（2）考虑到牙轮钻头轴承的工作环境,本文以18CrNiMo7-6钢为轴承材料,对轴承的内外表面做渗碳处理,通过数值模拟研究可知：渗碳结束后轴承内外表面有0.8mm左右的渗碳层,含碳量都达到了0.8%左右。而轴承芯部有接近1.5mm的深度,含碳量都低于0.35%,最低值为0.3%左右,为之后进行激光淬火而得到外刚内韧的球面浮动套轴承打下坚实的基础。（3）为了得到更优的球面浮动套轴承激光淬火效果,本文对激光淬火的工艺参数,即扫描速度V、激光功率P和光斑尺寸D进行了对比优化研究,通过有限元分析得到牙轮钻头球面浮动套轴承激光淬火时较优的扫描速度为55mm/s,较优的激光功率为1.1kw,较优的光斑尺寸为φ3.5mm。（4）在优化的激光淬火工艺参数下,对牙轮钻头球面浮动套轴承进行激光淬火热处理后发现,轴承相变区中心点在不到0.3s的时间内,就能达到峰值温度,最大的加热速度达到了2.95×104℃/s,而且冷却也非常快,最大时能达到6.21×103℃/s。在这样快速加热和冷却的过程中,轴承相变区产生了大量的马氏体组织,在距轴承内外表面0.8mm左右的区域内,马氏体的体积分数可达92%左右。这使得球面浮动套轴承内外表面的硬化层深度达到了0.83mm左右,硬度达到了833.454HV,而轴承芯部有大约1.5mm左右的厚度,硬度值都在200HV左右,不仅提高了耐磨性,也实现了球面浮动套轴承的外刚内韧。同时,轴承激光淬火的相变区以压应力为主,热影响区以拉应力为主,说明轴承经激光淬火后将有利于提高自身的抗疲劳性。此外,将轴承激光淬火与常规淬火的数值模拟结果进行对比分析研究可知：球面浮动套轴承的激光淬火效果优于常规淬火,不仅提高了球面浮动套轴承的耐磨性,而且实现了轴承的外刚内韧,轴承在工作过程中既耐磨又能承受一定的冲击载荷。（5）本文对球面浮动套轴承进行了设计、制造、激光淬火现场试验,并对激光淬火处理后的球面浮动套轴承进行硬度分析,金相分析,结果发现：选用数值模拟方法优化后的激光淬火工艺参数对球面浮动套轴承进行激光淬火后,轴承表面并没有熔化的现象；轴承内外表面有大约0.9mm左右深度的针状马氏体组织；同时实验测得的轴承的最大硬度值达到了837.48HV,内外表面的硬化层深度达到了0.9mm左右,而轴承心部有大约1.8mm左右的硬度值都在200HV左右,达到了外刚内韧的效果,将实验值和模拟值对比发现,其变化趋势一致,吻合性较好,同时也验证了用数值模拟方法所优化的激光淬火工艺参数结果的正确性。
蒋龙[9]（2016）在《牙轮钻头轴承表面织构加工及其对摩擦学性能影响的研究》文中研究指明牙轮钻头是石油钻井主要的钻井工具之一。在高温、低速、重载和混合润滑的特殊工况下,钻头轴承极易发生磨损失效,轴承寿命成为牙轮钻头发展的瓶颈之一。仿生织构已被证明是一种能在恶劣工况下提高滑动表面摩擦学特性的有效方法,并在许多领域得到应用,但鲜有关于表面织构在石油装备（如牙轮钻头滑动轴承）上应用的报导。本文开展了表面织构在牙轮钻头滑动轴承上应用的加工及其对摩擦学性能影响的相关研究,主要研究成果如下：（1）结合牙轮钻头滑动轴承和现有MDW-1型摩擦磨损实验机的摩擦副形式,设计了8 1/2"牙轮钻头滑动轴承在90KN钻压下的销-盘摩擦副室内等效单元实验方案,并基于赫兹基础理论确定室内销-盘等效单元实验的实验参数：载荷为420N,转速为120转/分,温度为100℃,润滑介质为复合锂基润滑脂。（2）借助JDPMS80A精密雕刻机采用三种不同的走刀方式,加工了300μm～800μm七种直径的织构。对每种直径的织构进行了底部形貌和尺寸精度进行的分析,并得出：走刀方式对织构直径精度无影响；当直径大于400μm时,可采用雕刻的方法。并使用精密雕刻机加工了四种不同织构直径的实验盘试件。（3）使用纳秒激光打标机在铍青铜试件表面加工了100μm～700μm七种直径的织构。对每个试件进行了三维轮廓和壁面微观结构的分析得出：由于纳秒激光熔融堆积物的影响,当织构直径范围在200μm～600μm之外时,不适合采用纳秒激光加工。并使用纳秒激光加工了四种不同织构直径的实验盘试件。（4）设计和搭建了飞秒激光加工实验平台,研究了飞秒激光功率（0.16W-0.54W）和脉冲数（100～300个）与烧蚀直径和深度的关系。由于激光功率和等离子屏蔽作用的影响,当织构直径大于3001xm时不适合采用飞秒激光烧蚀加工。设计了盘试件表面飞秒烧蚀加工方案并加工了五种不同织构直径的实验试件。（5）对前述十三种（26个）不同织构直径试件分别进行了时长为2小时的摩擦磨损实验,并对平均摩擦系数,销、盘磨损量等结果进行了分析,得出：精密雕刻表面织构实验组减磨效果不明显,采用纳秒激光和飞秒激光加工的表面织构能够有效的减小磨损,且飞秒激光实验组略优于纳秒激光实验组。综上所述,本文创新的将仿生摩擦学中的表面织构引入到牙轮钻头滑动轴承中,研究了三种加工方式适用的织构直径,通过等效单元实验证明了表面织构能够降低摩擦系数和磨损量,延长滑动轴承的使用寿命,并优选了织构加工方法。论文研究结果为织构化牙轮钻头滑动轴承的加工方法和织构直径选择提供依据,具有广泛的应用前景和研究价值。将进一步提高我国牙轮钻头产品质量和增强我国高速牙轮钻头产品的国际竞争力。
周权[10]（2016）在《单金属密封结构优化及热结构耦合研究》文中提出单金属密封作为井下工具中的一种旋转动密封件,它能够适用于井下高温、高压、磨砺性和振动等工况；单金属密封性能的好坏直接决定着井下工具中轴承部位的工作寿命,进而影响着机械钻速和钻井成本的大小。随着各种钻井技术的发展,石油天然气开发朝着深海和深部地层发展,各种井下工具在井下恶劣工况中大量的应用,因而迫切需要保证和提高井下工具的工作寿命。因此,为满足使用需求,本文主要对单金属密封的结构参数优化和稳态温度场分布进行研究。论文的主要研究工作如下：（1）根据单金属密封的结构特点和主要工况,以及现场应用情况,分析单金属密封的主要失效原因及形式,并给出单金属密封失效的主要判断准则。（2）基于单金属密封的结构受力特点,对单金属密封的装配和受压过程进行力学分析,得到了单金属密封动密封面接触应力与轴向装配位移和外部压力的理论关系。（3）利用ANSYS有限元分析和Matlab数值理论计算,对单金属密封的装配过程进行模拟,对比单金属密封中橡胶O型圈与静环斜面的接触应力和接触长度的有限元解和数值解,验证了单金属密封有限元模型的有效性,并建立了动密封面最大接触应力与装配位移的拟合关系式。在高、中、低压工况下,研究了动密封面、橡胶O型圈和橡胶支撑环的接触应力分布情况,得到了单金属密封初始结构在密封性能上的不足。（4）分析了在不同O型圈和橡胶支撑环硬度、静环倾斜面角度、静环小端宽度、静环楔入角长度、动密封面宽度、压差和初始压缩量下单金属密封动密封面接触应力的变化,得到各参数对单金属密封密封性能的影响。（5）结合正交法和F分析,以油膜厚度、泄漏量和接触应力等6个参数为评价目标,对影响单金属密封性能的7个结构参数、2个材料参数和2个工况参数进行重要性量化评价,确定出综合影响程度最大的4个结构参数：动密封面宽度L、静环小端宽度L3、静环倾斜面角度α和静环楔入角径向长度L。,以及3个评价目标：内侧接触应力峰值Pnmax、外侧接触应力峰值Pwmax和最小接触应力Pmin°（6）采用BP神经网络和模糊加权系数法,建立4个结构参数与3个评价目标之间的映射函数关系,并转化成单目标优化函数。（7）通过GA遗传算法,建立单金属密封优化的数学模型,结合目标优化函数,确定出在一定取值范围内4个结构参数的优化值；优化后单金属密封的泄露量降低7.45%,最小油膜厚度降低3.837%,Pnmax降低22.733%,Pwmax提高10.031%,Pmin提高0.596%,表明优化后的单金属密封性能得到较大的提高。（8）采用有限元法,分析了在井下工况下优化后单金属密封模型的稳态温度分布,并研究了在不同转速、环境压力、地层深度下动静环的温度分布,从密封结构设计、材料选择和表面技术方面提出改善建议,为单金属密封的温度分布研究提供一定的参考。
二、单牙轮钻头轴承接触应力分析（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、单牙轮钻头轴承接触应力分析（论文提纲范文）
（1）钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化（论文提纲范文）
| 1 实体模型的建立 |
| 2 有限元模型建立 |
| 3 不同间隙牙轮钻头的应力分析 |
| 4 结论 |
（2）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 |
（3）地层对钻头磨损机理及岩石研磨性评价研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 创新点摘要 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及存在的问题 |
| 1.2.1 岩石研磨性研究现状 |
| 1.2.2 钻头磨损研究现状 |
| 1.2.3 钻头适应性评价研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 1.4 论文技术路线 |
| 第2章 地层-钻头两体摩擦副表面形貌参数及钻头磨损机理 |
| 2.1 表面形貌的构成 |
| 2.2 岩石表面形貌的表征参数 |
| 2.2.1 轮廓算术平均偏差 |
| 2.2.2 统计分布参数 |
| 2.2.3 分布形状参数 |
| 2.2.4 自相关函数 |
| 2.2.5 粗糙表面的分形表征 |
| 2.3 钻头的磨损形貌与磨损机理 |
| 2.3.1 磨损过程与分类 |
| 2.3.2 PDC钻头磨损机理 |
| 2.3.3 牙轮钻头磨损机理 |
| 2.3.4 钻头保径的磨损机理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 地层-钻头两体摩擦副表面接触力分析 |
| 3.1 岩石破碎条件下的地层-钻头接触力 |
| 3.1.1 岩石的破碎条件 |
| 3.1.2 PDC复合片受力分析 |
| 3.1.3 牙轮钻头牙齿受力分析 |
| 3.1.4 钻头保径受力分析 |
| 3.2 地层-钻头摩擦力 |
| 3.2.1 地层-钻头的真实接触面积 |
| 3.2.2 PDC钻头破碎岩石的滑动摩擦 |
| 3.2.3 牙轮钻头破碎岩石的滚动摩擦 |
| 3.3 地层-钻头表面温度 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 钻井液循环作用下的钻头磨损 |
| 4.1 钻井液润滑、冷却作用实验研究 |
| 4.2 钻井液润滑作用机理 |
| 4.2.1 润滑状态 |
| 4.2.2 钻井液的黏度 |
| 4.2.3 钻井液润滑特性 |
| 4.3 钻井液冷却作用机理 |
| 4.4 井底环境下的钻头磨损方程 |
| 4.4.1 磨粒磨损机理 |
| 4.4.2 黏着磨损机理 |
| 4.4.3 疲劳磨损机理 |
| 4.4.4 钻头磨损方程 |
| 4.5 钻头磨损的数值分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 岩石研磨性评价指标及分级方法 |
| 5.1 岩石基础参数测试 |
| 5.1.1 岩石可钻性测试 |
| 5.1.2 岩石力学参数测试 |
| 5.1.3 岩石矿物组分分析 |
| 5.1.4 岩石表面形貌分析 |
| 5.2 室内微钻头磨损测试 |
| 5.3 钻头磨损影响因素分析 |
| 5.4 岩石研磨性评价指标及分级标准 |
| 5.4.1 岩石研磨性评价 |
| 5.4.2 岩石研磨性分级 |
| 5.5 应用实例 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（4）新型牙轮钻头轴承密封结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 论文的研究内容、技术路线和创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.3.3 本文创新点 |
| 第2章 钻头轴承密封失效及力学特性研究 |
| 2.1 密封结构的工作环境 |
| 2.2 典型密封结构及失效分析 |
| 2.3 单金属密封结构密封机理研究 |
| 2.3.1 单金属密封结构工作原理 |
| 2.3.2 单金属密封机理研究 |
| 2.4 单金属密封失效判断准则 |
| 2.5 单金属密封结构力学特性分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 单金属密封结构参数变化对密封性能的影响 |
| 3.1 分析方法建立 |
| 3.1.1 模型的建立 |
| 3.1.2 材料性能确定 |
| 3.1.3 网格划分以及接触的设置 |
| 3.1.4 载荷与分析步设置 |
| 3.1.5 分析假设 |
| 3.1.6 初始结构分析结果 |
| 3.1.7 密封结构有限元分析规范及评价方法 |
| 3.2 不同安装位移对动密封面应力的影响 |
| 3.3 不同工况对动密封面接触的影响 |
| 3.4 不同摩擦系数对动密封面接触应力的影响 |
| 3.5 结构参数对密封性能的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 单金属密封结构的正交优化实验 |
| 4.1 正交实验 |
| 4.2 优化变量及方案的确定 |
| 4.3 正交实验结果 |
| 4.4 优化前后的结果对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 新型单金属密封结构性能分析 |
| 5.1 弧面密封结构的有限元分析 |
| 5.1.1 分析假设 |
| 5.1.2 弧面密封结构模型的建立与载荷的施加 |
| 5.1.3 有限元分析结果 |
| 5.2 弧面密封结构不同结构参数性能分析 |
| 5.2.1 动环切角角度为37°分析结果 |
| 5.2.2 动环切角角度为60°分析结果 |
| 5.3 新结构参数的确定及对比 |
| 5.3.1 两组实验对比 |
| 5.3.2 原密封结构与弧面密封结构比较 |
| 5.4 新型密封结构密封性能验证 |
| 5.5 橡胶材料硬度变化对动密封面接触应力影响 |
| 5.5.1 O型密封圈硬度对动密封面接触应力的影响 |
| 5.5.2 橡胶支撑环硬度对动密封面接触应力的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表论文及参加项目 |
（5）球形单牙轮PDC复合钻头设计理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 发展趋势 |
| 1.3 论文研究内容、组织结构与创新点 |
| 1.3.1 论文主要研究内容及结构 |
| 1.3.2 论文主要创新点 |
| 第2章 球形单牙轮PDC复合钻头方案设计 |
| 2.1 单牙轮钻头失效机理分析 |
| 2.1.1 单牙轮钻头工作原理 |
| 2.1.2 单牙轮钻头失效机理分析 |
| 2.1.3 单牙轮钻头牙齿磨损机理简介 |
| 2.2 球形单牙轮PDC复合钻头方案设计 |
| 2.2.1 设计理念 |
| 2.2.2 设计方案 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 单牙轮PDC复合钻头运动学基本理论研究 |
| 3.1 建立坐标系 |
| 3.2 PDC齿的特征点在静坐标中的位置 |
| 3.3 牙轮上PDC齿的运动几何学方程 |
| 3.3.1 牙轮转动 |
| 3.3.2 牙轮移动 |
| 3.4 单牙轮PDC复合钻头运动学研究 |
| 3.4.1 径向分速度 |
| 3.4.2 切向分速度 |
| 3.4.3 纵向分速度 |
| 3.4.4 算例与分析 |
| 3.5 牙轮上PDC齿的加速度 |
| 3.5.1 加速度方程 |
| 3.5.2 算例与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 球形单牙轮PDC复合钻头井底轨迹研究 |
| 4.1 井底轨迹方程 |
| 4.2 井底轨迹仿真 |
| 4.2.1 PDC齿+金刚石锥球齿布齿方案 |
| 4.2.2 模块化布齿方案 |
| 4.2.3 PDC齿+弧形齿布齿方案 |
| 4.3 不同布齿方案未破碎区的变化规律(0.5mm) |
| 4.3.1 井底模式未破碎区的变化规律 |
| 4.3.2 井底模式最大凸台变化规律 |
| 4.4 不同布齿方案未破碎区的变化规律(1mm) |
| 4.4.1 井底模式未破碎区的变化规律 |
| 4.4.2 井底模式最大凸台变化规律 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 球形单牙轮PDC复合钻头力学分析 |
| 5.1 影响切削齿受力的主要因素 |
| 5.2 表面载荷作用下半空间体的应力与位移 |
| 5.2.1 半空间体在边界上受法向集中力 |
| 5.2.2 半空间体在边界上受切向集中力 |
| 5.2.3 半空间体在边界上受法向均布力 |
| 5.2.4 半空间体在边界上受法向赫兹分布力 |
| 5.3 球形牙轮上PDC齿与岩体互作用分析 |
| 5.3.1 牙掌与牙轮受力分析 |
| 5.3.2 PDC齿与岩体互作用力分析 |
| 5.3.3 PDC齿与牙轮壳体互作用力 |
| 5.4 单牙轮PDC复合钻头破岩数值仿真 |
| 5.4.1 钻头与岩石互作用模型 |
| 5.4.2 破岩仿真结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 球形单牙轮PDC复合钻头设计与加工 |
| 6.1 单牙轮PDC复合钻头设计 |
| 6.1.1 设计流程 |
| 6.1.2 方案一详细设计 |
| 6.2 钻头强度校核 |
| 6.2.1 牙掌轴颈与牙轮的强度分析 |
| 6.2.2 PDC齿的强度分析 |
| 6.3 钻头加工制造 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文及成果 |
（6）钻头轴承金属密封研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的及意义 |
| 1.2 牙轮钻头轴承密封的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 研究内容和技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 第2章 牙轮钻头轴承密封的密封机理和失效研究 |
| 2.1 回转动密封的密封机理 |
| 2.1.1 波度理论 |
| 2.1.2 泵吸作用理论 |
| 2.1.3 边界润滑理论 |
| 2.1.4 表面张力理论 |
| 2.1.5 气蚀理论 |
| 2.1.6 微小突起理论 |
| 2.2 牙轮钻头轴承密封的密封机理 |
| 2.2.1 牙轮钻头轴承密封的结构特点 |
| 2.2.2 牙轮钻头轴承密封结构对材料的要求 |
| 2.2.3 牙轮钻头典型轴承密封类型及特点 |
| 2.3 牙轮钻头轴承密封的工作环境和失效研究 |
| 2.3.1 牙轮钻头轴承密封的工作环境 |
| 2.3.2 牙轮钻头轴承密封的失效研究 |
| 2.3.3 提高牙轮钻头轴承密封性能的主要措施 |
| 2.4 牙轮钻头轴承密封失效的主要判断准则 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 牙轮钻头典型轴承密封结构密封性能分析 |
| 3.1 轴承密封材料的弹塑性本构关系 |
| 3.1.1 橡胶材料的弹塑性本构关系 |
| 3.1.2 金属材料的弹塑性本构关系 |
| 3.2 单金属密封有限元分析模型的建立 |
| 3.2.1 SEMS2单金属密封结构尺寸确定和材料选择 |
| 3.2.2 基本假设 |
| 3.2.3 有限元模型的建立及接触对的设置 |
| 3.2.4 边界条件和载荷的施加 |
| 3.2.5 仿真结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 新型全金属轴承密封结构密封性能分析 |
| 4.1 全金属密封结构的特点 |
| 4.1.1 密封结构的特点和适用性 |
| 4.1.2 密封结构的相关计算 |
| 4.2 全金属密封三种结构方案的密封性能分析 |
| 4.2.1 密封结构材料的确定 |
| 4.2.2 基本假设 |
| 4.2.3 密封结构有限元模型的建立及接触对的设置 |
| 4.2.4 边界条件和载荷的施加 |
| 4.2.5 仿真结果分析 |
| 4.2.6 材料的强度理论 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 两种密封结构的对比研究 |
| 5.1 全金属轴承密封结构参数对密封性能的影响 |
| 5.1.1 改变金属静环弹性件中间部位过渡处的夹角Y的影响 |
| 5.1.2 改变金属静环弹性件中间部位过渡处圆角半径的影响 |
| 5.1.3 改变金属静环弹性件厚度t的影响 |
| 5.1.4 优化后的结构尺寸和仿真分析 |
| 5.2 密封结构装配好的结果对比 |
| 5.3 密封结构轴向跟随性的对比 |
| 5.4 疲劳强度校核 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究成果及创新点 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研 |
（7）强制转动浮环轴承工作机理及设计理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景和意义 |
| 1.2 国内外牙轮钻头轴承技术的研究进展 |
| 1.2.1 国内外牙轮钻头轴承技术研究现状 |
| 1.2.2 浮动套轴承研究和应用现状 |
| 1.2.3 牙轮钻头轴承新技术现状 |
| 1.3 本文研究内容、技术路线与创新点 |
| 1.3.1 本文研究内容 |
| 1.3.2 研究技术路线 |
| 1.3.3 创新之处 |
| 第2章 牙轮钻头滑动轴承失效机理分析 |
| 2.1 牙轮钻头轴承的失效类型 |
| 2.1.1 轴承的磨损失效 |
| 2.1.2 轴承表面塑性变形 |
| 2.1.3 轴承断裂失效 |
| 2.2 钻头滑动轴承失效的主要原因分析 |
| 2.2.1 牙轮钻头滑动轴承的磨损过程 |
| 2.2.2 滑动轴承失效的主要原因分析 |
| 2.3 牙轮钻头浮动套轴承存在的问题 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 强制转动浮环轴承的基本原理和有限元分析 |
| 3.1 钻头轴承工况的特殊性 |
| 3.2 强制转动浮环轴承的基本原理 |
| 3.2.1 轴承结构及原理 |
| 3.2.2 性能特点 |
| 3.2.3 需要解决的技术问题 |
| 3.3 强制转动浮环轴承接触状态的计算分析 |
| 3.3.1 基本假设 |
| 3.3.2 轴承系统各部件的相互作用模型 |
| 3.4 强制转动浮环轴承工作状态的动态模拟计算 |
| 3.4.1 浮环轴承结构参数 |
| 3.4.2 基本假设及模型建立 |
| 3.4.3 定义材料属性 |
| 3.4.4 单元选择及划分网格 |
| 3.4.5 定义分析步和接触关系 |
| 3.4.6 确定模型约束关系 |
| 3.4.7 浮环轴承动态仿真结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 强制转动浮环轴承工作机理研究 |
| 4.1 强制转动浮环轴承接触力学影响因素分析 |
| 4.1.1 外载荷的影响 |
| 4.1.2 配合间隙的影响 |
| 4.2 各参数对扭矩的影响 |
| 4.2.1 内外间隙比 |
| 4.2.2 钻压的影响 |
| 4.2.3 浮环厚度 |
| 4.3 实心圆柱滚子接触力学研究 |
| 4.4 空心圆柱滚子接触理论分析 |
| 4.5 滚子运动平衡分析 |
| 4.6 滚子结构参数对滚子推力矩产生的影响 |
| 4.6.1 滚子半径对滚子推动力矩的影响 |
| 4.6.2 滚子长度对滚子推动力矩的影响 |
| 4.6.3 滚子空心度对滚子推动力矩的影响 |
| 4.7 不同空心度的滚子接触力学研究 |
| 4.7.1 滚子上的最大mises |
| 4.7.2 内孔拉应力 |
| 4.7.3 不同滚子空心度下牙轮接触应力分析 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 强制转动浮环轴承设计理论研究 |
| 5.1 强制转动浮环轴承设计的技术路线 |
| 5.2 强制转动浮环中滚子个数的确定方法 |
| 5.2.1 各参数对浮环接触范围的影响 |
| 5.3 强制转动浮环轴承机械参数的确定方法 |
| 5.3.1 滚子受载最小位置的确定 |
| 5.3.2 强制转动浮环轴承许用钻压范围的确定 |
| 5.4 滚子相应结构参数的确定 |
| 5.4.1 滚子半径尺寸偏差的确定 |
| 5.4.2 滚子空心度的确定 |
| 5.4.3 滚子长度的确定 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论和建议 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 建议和下一步研究方向 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文及科研成果 |
（8）牙轮钻头球面浮动套轴承激光淬火技术研究与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 牙轮钻头轴承的国内外研究现状 |
| 1.2.2 激光淬火技术的概述 |
| 1.2.3 激光淬火技术的国内外研究现状 |
| 1.3 本论文的研究目的和意义 |
| 1.4 本课题的研究内容及创新点 |
| 第2章 球面浮动套轴承激光淬火有限元分析的理论 |
| 2.1 轴承激光淬火过程温度场计算的理论基础 |
| 2.1.1 激光淬火传热方式分析 |
| 2.1.2 初始条件及边界条件的确定 |
| 2.1.3 温度场分布的数学模型 |
| 2.2 轴承激光淬火过程相变及硬度场计算的理论基础 |
| 2.2.1 相变理论 |
| 2.2.2 Leblond相变模型 |
| 2.2.3 硬度场计算的基本原理 |
| 2.3 轴承激光淬火过程应力场计算的理论基础 |
| 2.3.1 热弹性本构方程 |
| 2.3.2 基于增量理论的弹塑性本构方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 球面浮动套轴承激光淬火工艺参数的优化研究 |
| 3.1 激光淬火的工艺参数及其相互作用 |
| 3.2 工件材料的选取及物理模型的建立 |
| 3.3 轴承渗碳过程数值模拟 |
| 3.3.1 渗碳面的选取 |
| 3.3.2 渗碳结果与分析 |
| 3.4 激光淬火热源的处理 |
| 3.4.1 SYSWELD中的热源模型 |
| 3.4.2 热源的校核 |
| 3.5 轴承激光淬火工艺参数的优化确定 |
| 3.5.1 扫描速度的优化确定 |
| 3.5.2 激光功率的优化确定 |
| 3.5.3 光斑尺寸的优化确定 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 球面浮动套轴承激光淬火数值模拟结果与分析 |
| 4.1 轴承激光淬火温度场数值模拟结果与分析 |
| 4.2 轴承激光淬火硬度场数值模拟结果与分析 |
| 4.2.1 组织转变 |
| 4.2.2 硬度场的结果与分析 |
| 4.3 轴承激光淬火应力场数值模拟结果与分析 |
| 4.4 轴承激光淬火与常规淬火数值模拟结果对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 球面浮动套轴承单元件结构的设计与加工 |
| 5.1 轴承单元件参数的确定 |
| 5.2 相关夹具的设计与加工 |
| 5.3 轴承单元件的加工 |
| 5.3.1 轴承单元件加工工艺的制定 |
| 5.3.2 轴承外表面加工程序的编制 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 实验设计方案 |
| 6.1 实验目的 |
| 6.2 实验设备 |
| 6.3 实验步骤 |
| 6.3.1 轴承表面的预处理 |
| 6.3.2 轴承激光淬火处理 |
| 6.3.3 表面状态观察 |
| 6.3.4 显微组织观察 |
| 6.3.5 显微硬度的测定 |
| 6.4 结果与分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 下一步研究工作 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文、专利及参与的科研项目 |
（9）牙轮钻头轴承表面织构加工及其对摩擦学性能影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 表面织构润滑减磨技术简介 |
| 1.2.1 表面织构简介 |
| 1.2.2 表面织构的润滑减磨原理 |
| 1.3 牙轮钻头滑动轴承国内外研究现状 |
| 1.4 表面织构技术国内外研究现状 |
| 1.5 表面微结构加工技术 |
| 1.6 课题的来源及主要研究内容 |
| 1.7 本文的创新点 |
| 第2章 牙轮钻头滑动轴承等效摩擦实验方案设计 |
| 2.1 摩擦磨损实验设备 |
| 2.2 摩擦实验方案设计 |
| 2.3 等效实验载荷计算——基于Hertz理论 |
| 2.4 摩擦磨损实验方案设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 不同织构加工工艺研究及优缺点分析 |
| 3.1 表面织构精密雕刻机械加工 |
| 3.1.1 精密雕刻设备及方法 |
| 3.1.2 加工参数的选择 |
| 3.1.3 精雕织构加工测试 |
| 3.1.4 刀具磨损及断刀 |
| 3.2 表面织构纳秒激光热烧蚀加工 |
| 3.2.1 纳秒激光加工原理及特点 |
| 3.2.2 纳秒激光加工设备 |
| 3.2.3 纳秒激光加工三维形貌分析 |
| 3.3 表面织构飞秒激光织构非热加工 |
| 3.3.1 飞秒激光非热加工原理 |
| 3.3.2 飞秒激光加工实验平台设计 |
| 3.3.3 飞秒激光非热加工表面形貌分析 |
| 3.3.4 飞秒激光加工参数对织构尺寸的影响 |
| 3.3.5 摩擦试件飞秒激光加工方案设计 |
| 3.4 三种加工方法优缺点比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 摩擦学性能测试 |
| 4.1 各实验组摩擦系数 |
| 4.2 各实验组销、盘磨损量 |
| 4.3 各实验试件的表面磨损形貌参数测量 |
| 4.4 摩擦性能评定参数之间的关系 |
| 4.5 摩擦磨损机理分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 结论及建议 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 后续研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 实验试件编号及相关参数 |
| 附录2 磨损表面形貌 |
| 附录3 各实验试件的表面轮廓曲线 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
（10）单金属密封结构优化及热结构耦合研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 牙轮钻头井下动密封的国外发展现状 |
| 1.2.2 牙轮钻头井下动密封的国内发展现状 |
| 1.2.3 单金属密封的国外研究现状 |
| 1.2.4 单金属密封的国内研究现状 |
| 1.3 论文研究目的、研究内容和技术路线 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 技术路线 |
| 1.4 主要创新点 |
| 第2章 单金属密封的失效机理及力学特性分析 |
| 2.1 单金属密封的主要工况和失效原因及形式 |
| 2.1.1 主要工况 |
| 2.1.2 主要失效原因及形式 |
| 2.2 单金属密封失效的主要判断准则 |
| 2.3 单金属密封的结构力学分析 |
| 2.3.1 装配后的力学分析 |
| 2.3.2 受压后的力学分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 单金属密封结构参数对密封性能的影响 |
| 3.1 非线性有限元分析的基本理论 |
| 3.1.1 材料非线性 |
| 3.1.2 几何非线性 |
| 3.1.3 接触非线性 |
| 3.2 橡胶材料的本构模型及参数确定 |
| 3.2.1 橡胶材料的本构模型 |
| 3.2.2 橡胶材料参数的确定 |
| 3.3 单金属密封有限元分析模型 |
| 3.3.1 几何模型 |
| 3.3.2 材料模型 |
| 3.3.3 基本假设 |
| 3.3.4 有限元模型的建立及接触对的设置 |
| 3.3.5 边界条件的施加 |
| 3.3.6 有限元仿真结果 |
| 3.4 单金属密封轴向装配位移与轴向载荷的关系 |
| 3.4.1 装配位移与轴向载荷关系的有限元分析 |
| 3.4.2 装配模型验证 |
| 3.4.3 装配位移与轴向载荷的拟合关系 |
| 3.5 主要参数对单金属密封性能的影响 |
| 3.5.1 橡胶O型圈硬度 |
| 3.5.2 橡胶支撑环硬度 |
| 3.5.3 静环倾斜面角度 |
| 3.5.4 静环楔入角径向长度 |
| 3.5.5 静环与动环密封面宽度 |
| 3.5.6 静环小端宽度 |
| 3.5.7 密封内外压差 |
| 3.5.8 初始压缩量 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 单金属密封的密封性能优化 |
| 4.1 单金属密封多参数正交分析 |
| 4.1.1 正交分析法简介 |
| 4.1.2 单金属密封多参数正交设计及评价目标 |
| 4.1.3 单金属密封泄漏量的理论计算方法 |
| 4.1.4 单金属密封正交法结果及评价 |
| 4.2 单金属密封结构参数优化模型 |
| 4.2.1 单金属密封结构参数优化的基本原则 |
| 4.2.2 密封优化的数学模型 |
| 4.3 基于BP神经网络模型目标函数的建立 |
| 4.3.1 BP神经网络简介 |
| 4.3.2 单金属密封BP神经网络的建立 |
| 4.3.3 单金属密封目标函数的建立 |
| 4.4 基于遗传算法的多目标密封关键参数优化 |
| 4.4.1 遗传算法简介 |
| 4.4.2 密封关键参数的优化流程 |
| 4.4.3 结构参数的优化结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 单金属密封的稳态热结构耦合有限元分析 |
| 5.1 稳态热结构耦合分析基本理论 |
| 5.1.1 稳态热分析基本理论 |
| 5.1.2 热结构耦合分析简介 |
| 5.2 计算模型假设和计算流程 |
| 5.2.1 模型假设 |
| 5.2.2 计算流程 |
| 5.3 热结构耦合有限元模型的建立及边界条件确定 |
| 5.3.1 有限元模型的建立 |
| 5.3.2 材料的热物理性参数 |
| 5.3.3 摩擦热的计算及分配 |
| 5.3.4 对流换热系数的计算 |
| 5.3.5 边界条件的施加 |
| 5.4 热结构耦合有限元仿真结果分析 |
| 5.4.1 动静环结构场分析结果 |
| 5.4.2 动静环稳态温度场分析结果 |
| 5.5 工况参数对密封面温度分布的影响 |
| 5.5.1 转速 |
| 5.5.2 环境压力 |
| 5.5.3 地层深度 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
四、单牙轮钻头轴承接触应力分析（论文参考文献）
- [1]钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化[J]. 吴泽兵,Adnane El Mokhtari,郑维新. 机械, 2020(03)
- [2]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)
- [3]地层对钻头磨损机理及岩石研磨性评价研究[D]. 王昶皓. 东北石油大学, 2018(01)
- [4]新型牙轮钻头轴承密封结构研究[D]. 刘俊. 西南石油大学, 2018(07)
- [5]球形单牙轮PDC复合钻头设计理论研究[D]. 孔春岩. 西南石油大学, 2017(05)
- [6]钻头轴承金属密封研究[D]. 杨林君. 西南石油大学, 2017(11)
- [7]强制转动浮环轴承工作机理及设计理论研究[D]. 谷浩. 西南石油大学, 2016(05)
- [8]牙轮钻头球面浮动套轴承激光淬火技术研究与应用[D]. 郝广辉. 西南石油大学, 2016(03)
- [9]牙轮钻头轴承表面织构加工及其对摩擦学性能影响的研究[D]. 蒋龙. 西南石油大学, 2016(03)
- [10]单金属密封结构优化及热结构耦合研究[D]. 周权. 西南石油大学, 2016(06)