基于 Ansys Workbench 的梳齿钻头结构强度分析.pdf

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1、68探矿工程(岩土钻掘工程)2013年第40卷第12期基于AnsysWorkbench的梳齿钻头结构强度分析高淑芳，张新华，李斌，马红月(河北建勘钻探设备有限公司，河北石家庄050031)摘要：以02500mm梳齿钻头为研究对象，利用三维绘图软件Solidworks建立了钻头的三维模型，应用新一代多物理场协同仿真环境AnsysWorkbench进行网格划分和静力分析，得到整体结构的等效应力和位移云图，获得了钻头在最大负荷工况和单翼板受力工况状态的最大变形值、最大应力值及最大应力点，所获得数据对钻头的强度和刚度校核及钻头设计过程中的优化起到了非常关键的作

2、用。关键词：梳齿钻头；结构强度；AnsysWorkbench；有限元分析；等效应力中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2013)12—0068—03AnalysisonStructuralStrengthofCombBitBasedonAnsysWorkbench／GAOShu-fang，ZHANGXin—hua，Bin，MA舶一yue(HebeiJiankanDrillingEquipmentCo．，Ltd．，ShijiazhuangHebei050031，China)Abstract：Take02500mmcomb

3、bitastheobject，risethree—dimensiondrawingsoftwareSolidworkstoestablishthethree—dimensionmodalofthebit，applyanewgenerationofmulti—physicsfieldcollaborativesimulationenvironmentAnsysWork—benchformeshgenerationandstaticanalysis，theequivalentstressanddisplacementnephogramoftheoveral

4、lstructureweregotandthemaximumdeformationvalue，m~imumstressvalueandthelocationofthem~imumstresspointofthebitunderthem~imumloadandwingplateforceconditionwereobtained．Thedataobtainedareverycriticaltocheckthestrengthandstiffnessofthebitandimportantintheoptimizationofdesignprocess．K

5、eywords：combbit；structuralstrength；AnsysWorkbench；finiteelementanalysis；equivalentstress梳齿钻头作为与回转钻机配套使用的钻具，同704E梳齿钻头钻孔02500lrlm，4个翼板垂直时承受着轴向压力和回转扭矩的作用，加之钻杆偏焊接于0377mm×20mm的芯管上，中心管底部焊心和不直、地层结构不均匀，钻头还承受了复杂的动有前导定心的小钻头，翼板上刀排交错排列呈梳齿载荷。在设计和生产钻头时，必须根据钻头的受载状，钻头底部设置大截面过水吸渣口。钻头结构形工况进行可靠性计算

6、分析。由于此类钻头还没有一式如图1所示。套完整的系列和规范，设计时采用简单的力学模型，不可避免地产生计算的误差，且传统力学方法无法对整个结构的应力、位移分布进行全面了解，更无法对局部的应力集中进行定量分析，如梳齿钻头中翼板的应力分布情况就难以掌握，因而易导致钻头设计时满足要求，而工作中出现失效。有限元法的成熟和普及，为进行精确地分析计算提供了有效的手图1704E梳齿钻头结构不惹段，AnsysWorkbench软件作为有限元分析中的一种1．2几何建模新型的协同物理仿真环境，采用实体单元进行强度校将该梳齿钻头在Solidworks中进行三维建模，核，较传统

7、的计算更趋于真实，本文利用AnsysWork—建立了整个钻头包括护圈、翼板、连接法兰、芯管、前bench有限元软件，对704E02500mm梳齿钻头进行导钻头等部件在内的完整钻头模型，其设计参数为：了有限元分析计算，得出了钻头结构件在不同使用钻头直径2500mm，切削角55。，钻压200kN，最大工况下的应力及位移，完成了对钻头可靠性的评价。回转扭矩120kN·m，转速4～9r／min。1．3有限元建模1梳齿钻头建模1．3．1模型1．1钻头结构收稿日期：2013—10—17作者简介：高淑芳(1970一)，女(汉族)，河北人，河北建勘钻探设备有限公司高级

8、丁程师，机械设计专业，主要从事产品研发及技术管理工作，河北省石家庄市建华南大街58号，4550