三種不同齒型的硬質(zhì)合金齒的有限元分析_第1頁
三種不同齒型的硬質(zhì)合金齒的有限元分析_第2頁
三種不同齒型的硬質(zhì)合金齒的有限元分析_第3頁
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文檔簡介

1、三種不同齒型的硬質(zhì)合金齒的有限元分析 1、前言 在鉆井過程中，牙輪鉆頭的壽命主要取決于硬質(zhì)合金齒的壽命，如何提高硬質(zhì)合金齒的壽命，也正是我們項目開展的目的，我們的研究主要是從齒的結(jié)構(gòu)入手的。如何改善硬質(zhì)合金齒的形狀，提高破巖效率，得從硬質(zhì)合金齒的受力分析開始。由于硬質(zhì)合金齒齒形和受力的復(fù)雜性，用有限元法來分析硬質(zhì)合金齒的內(nèi)力情況是比較有效的。本文用有限元分析軟件abaqus對三種不同硬質(zhì)合金齒進(jìn)行了有限元分析。 2、力學(xué)模型 在牙齒工作過程中，牙齒與井底接觸時的受力情況比較復(fù)雜，牙齒隨牙輪旋轉(zhuǎn)，逐漸吃入巖石，刮削巖石，牙齒和巖石面的接觸位置沿牙齒周向不斷改變，牙齒接觸面也不斷改變，接觸載荷也不

2、斷隨之變化，所以載荷分布于牙齒齒頂面和牙齒的刮切面。為了便于分析，我們只取了最簡單的正面受壓的情況分析。 2.1硬質(zhì)合金齒空間的有限元模型 硬質(zhì)合金齒的幾何模型及其中一個的有限元模型： 其中圖（1）為I齒，圖（2）為II齒，圖（3）是III齒。圖（4）是III齒的有限元模型,采用四面體單元劃分的網(wǎng)格。另外兩種的有限元模型與圖（4）類似。 2.2位移邊界條件 硬質(zhì)合金齒的底面固定約束，鑲?cè)胙垒嗴w內(nèi)的硬質(zhì)合金齒周面周向約束，允許有軸向位移。 2.3牙齒物理力學(xué)特性 牙齒材料是WC硬質(zhì)合金，彈性模量6.4e5Mpa，泊松比0.22，抗拉強(qiáng)度1.12e3Mpa，抗壓強(qiáng)度5.46e3Mpa，抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的4.875倍。 3、結(jié)果分析 3.1加載工況 在各個硬質(zhì)合金齒齒頂部分加10KN的載荷。加載圖形如圖（5）： 3.2在正面加10KN時硬質(zhì)合金齒最大應(yīng)力變化的情況 從上表可以知道，在頂部受壓的情況下，I齒、II齒、III齒的壓/ 拉均大于4.875，故在這種工況下均以壓應(yīng)力破壞形式為主。 3.3破壞方式 由于I齒、II齒、III齒是以壓應(yīng)力破壞形式為主的 ，所以其破壞方式應(yīng)以主應(yīng)力3產(chǎn)生的破壞方式為主。破壞趨勢如圖（6）、圖（7）、圖（8）：趨勢為ABC 4、結(jié)論 從上面的分析可以得出以下結(jié)論： 1、III在頂部加同樣的載荷時，III的極限載荷最大。I齒與II齒極限載荷大小相差不大。

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