Контактна взаємодія розрізаної оболонки та пружного тіла в бурових засобах віброзахисту

Abstract

Розвинуто методику розрахунків оболонкових пружних елементів для бурових засобів віброзахисту. Викладено результати дослідження поведінки розрізаної циліндричної оболонки в умовах контактної взаємодії з пружним тілом. Для проведення таких досліджень побудовано верифіковану числову модель оболонкового демпфера з розрізом та використано ітераційні алгоритми розв’язування контактних задач з урахуванням тертя на поверхнях контакту. Представлено конструкцію бурового амортизатора з пружним елементом у вигляді декількох оболонкових пружин з розрізом, які працюють паралельно. Проаналізовано загальну картину напружено-деформованого стану оболонкового пружного елемента бурового амортизатора. З використанням енергетичних критеріїв виконано оцінку міцності конструкції. Для низки історій циклічного навантаження пружного елемента побудовано та проаналізовано петлі гістерезису. Отримані результати дозволяють розширити діапазон застосовності теоретичних розрахунків оболонкових віброізоляторів з розрізом і більш точно врахувати вплив пружних характеристик матеріалів оболонки та заповнювача, а також їх геометричних параметрів та трибологічних властивостей на експлуатаційні характеристики бурових засобів віброзахисту. Це дає можливість, як наслідок, ефективніше використовувати бурові засоби віброзахисту, удосконалювати конструкції оболонкових віброізоляторів за критеріями максимальної податливості та необхідного рівня демпфування, створювати передумови розроблення нових технічних та проектних рішень щодо систем віброзахисту.

The technique for calculations of shell elastic elements for drilling vibration protection is developed. The study results regarding the behaviour of a cut cylindrical shell under conditions of contact interaction with the elastic body are expounded. To conduct these studies, the verified numerical model of shell damper with the cut is constructed and the iterative algorithms for solution of the contact problems are used taking into account friction on contact surfaces. A design of the drilling shock guard with an elastic element in the form of several shell cut springs that operate in multiple is offered. The overall picture of the stressed-deformed state of shell shock guard of the elastic element of the drilling is analyzed. Structural strength is estimated using the energy criteria. The hysteresis loops are constructed and analyzed for a range of stories of cyclic loading of the elastic element. The obtained results therefore allow to extend the range of applicability of the theoretical calculations of the shell cut vibration isolators and to take into account the effect of the elastic properties of materials and the shell filler, and their geometric parameters and tribological properties on the operating parameters of drilling means of vibration protection more accurately.