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1、科技信息SCIENCE 钻头牙齿是刚性的; 钻头及牙轮做等角速度旋转; 只考虑单个牙齿的破岩情况。 取每个齿圈上的一颗牙齿和齿圈的一部分建立牙齿与岩石的互 作用分析模型，如图1所示。 通过在齿圈模型和岩石模型上施加角速 度，来模拟牙轮的自转和钻头的公转；通过在钻头轴向上施加轴向力 来模拟钻压的施加。 22单元类型和材料 钻头牙齿和岩石均采用SOLID164实体单元，单元算法采用默认 的单点积分算法。 牙轮和齿采用刚体材料模型， 岩石采用材料模型 MATPLASTICKINEMAT-I分析。 23有限元网格划分 牙轮和齿采用Free方式划分网格，岩石采用映射方式划分。 划分 原则为牙齿和岩石接触
2、部分为细化网格，其余部分为粗网格，以减少 计算时间。 如图2所示。 图2有线元网格划分 2.4定义接触 牙齿和岩石的接触类型选择面-面接触模拟牙齿破碎岩石的接触 过程。 25牙齿破岩结果 通过有限元后处理软件可以观察牙齿破岩过程，如图3所示为动 画演示截图。 破碎坑是牙齿与岩石互作用的痕迹，图4为牙齿破岩后形成的破 碎坑形状剖面图。 图3牙齿破岩过程（下转第200 页） 牙轮钻头牙齿破岩有限元分析 史革盟 （宝鸡文理学院机电工程系陕西宝鸡721016） 【摘 要】牙轮钻头是石油钻井中主要的破岩工具。 牙轮钻头的破岩是通过其齿圈上的牙齿和岩石相互作用完成的。 本文通过建立牙轮钻 头单个牙齿与岩石
3、互作用模型，用有限元方法完成了牙轮钻头破岩过程的分析，获得岩石的破碎坑；进一步通过等效应力云图确定了牙齿破岩 过程牙齿及岩石的应力分布情况，为进一步分析牙轮钻头破岩效率提供依据。 【关键词】牙轮钻头；破岩；有限元 Finite Element Analysis of The Rock-broking Process of Tri-cone Rotary Drill Bit SHI Ge-meng (Department of Mechanical Engineering, Baoji University of Arts and Sciences,Baoji Shaanxi, 721016，C
4、hina) 【Abstract】Tri-cone rotary drill bit is the main tool to break rock in oil wells. The rock-broking process of tri-cone rotary drill bit is directly completed by the tooth on a teeth row. The paper established a model of single a tooth and rock, carried out the finite element analysis of rock- b
5、reaking process by the tooth of cone bit, obtained the broken holes on the rock；Further, established Stress distribution between the rock-breaking processes through the equivalent stress satellite images, Provide a basis for further analysis to research the rock-breaking efficiency of tri-cone rotar
6、y drill bit. 【Key words】Tri-cone rotary drill bit；Rock-broking；Finite element analysis 图1单个牙齿与岩石互作用模型 机械与电子 110 科技信息SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2011 年第 21 期 （上接第110 页） 图4破碎坑形状 3破岩过程中牙齿和岩石的应力分析 牙齿在实际的破岩过程中，牙齿齿尖在钻压的作用下冲击、压碎 岩石，在钻头转速的作用下刮切岩石。 在有限元分析过程中通过等效 应力云图来确定牙齿破岩过程牙齿及岩石的应力分布情况。 图5楔形齿等效应力云图 由图5
7、可见牙齿尖端的应力要比其它部位的应力大得多，牙齿尖 端的应力集中情况比较显著。 图6岩石有效应力云图 由图6可见应力是沿着牙齿刮切的方向比较大，且应力集中的区 域在直径为2.5cm左右，形状近似圆形分布。 所以牙齿对破碎坑附近 岩石的破坏作用只能是影响到距离破碎坑周围大约1.25cm左右的范 围。 4结论 41建立了牙轮钻头牙齿与岩石的互作用模型， 用有限元方法完成 了牙轮钻头牙齿破岩过程分析，获得可靠的分析结果。 42分析了牙齿破岩过程中牙齿和岩石的应力分布情况， 为进一步 分析牙轮钻头破岩效率提供依据。 43通过建立牙齿和岩石互作用的破岩分析过程能够使评价牙轮钻 头牙齿破岩效率这一繁琐、复
8、杂的过程得以简化。 【参考文献】 1马德坤.牙轮钻头工作力学M.北京：石油工业出版社,1994. 2胡琴,刘清友.复合齿形牙轮钻头及其破岩机理的研究.天然气工业,2004：77 79. 3肖德栋,邓嵘,陈雪娟，等.三牙轮钻头牙齿破岩的破碎坑几何建模与分析J. 石油矿场机械,2008,37(9):4043. 4杨闻达,吴泽兵,代瑜.复合钻井条件下三牙轮钻头的运动仿真J.石油矿场机 械,2008,37(11):2933. 5吴泽兵,马德坤.牙轮钻头牙齿强度有限元分析.机械，2000，27(5):34. 6张莹,吴泽兵,王嘉容.三牙轮钻头滑动轴承副接触有限元分析J.石油矿场机 械,2009,38(2
9、):5962. 7刘海龙,邓嵘,倪荣发.复合运动条件下牙轮钻头牙齿破岩仿真.物探装备, 2008,18(5):309312. 8王清峰,朱才朝,宋朝省，等.牙轮钻头单牙轮的破岩仿真研究.振动与冲击, 2010,29(10):108112. 9刘晓波.三牙轮钻头井底运动仿真分析.江汉石油科技, 2008,18(4):5254. 10况雨春,伍开松,杨迎新，等.三牙轮钻头破岩过程计算机仿真模型.岩土力学, 2009,8:235238. 作者简介：史革盟（1977），女，汉族，陕西乾县人，2007年毕业于西南石油 大学机械电子专业，获硕士学位，现主要从事机械工程教学与研究工作。 责任编辑：王静 科
10、德语的资料。他们分析了母语习得者如何通过一系列符合普遍语法的 步骤确定管辖德语词序的限制条件。 成人学习者不遵照这些步骤,都 采用语法规则无法描写的词序,这些词序模式明显违反普遍语法规则, 所以他们认为只有母语习得者利用普遍语法,成人第二语言习得者依 靠非法语法策略和能力构建第二语言的语法,而不直接利用普遍语 法。 【参考文献】 1Gregg,K.TheLogicalandDevelopmentalProblemsofSecondLanguage Acquisition in W.Ritchie & T.Bhatia(eds).Handbook of Second Language Acqui
11、sition M.San Diego: Academic Press,1998. 2Corder,S. error analysis in J.Allen and S.Corder(eds).The Edinburgh Course in Applied Linguistics,Vol.3. Oxford University Press. 1974. 3Cook,V.UniversalGrammarandsecondlanguageacquisition.Applied Linguistics6/1:2-18，1985. 4Rutherford,W.Markedness in Second
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13、 1991,67(2):211239. 8Clashen H ,Muysken P. The Availability of Universal Grammar to A dult and Child LearnersJ.Second Language Research,1986(2):93119. 9宁春岩.乔姆斯基的普遍语法教程导读M.北京:外语教学与研究,2000. 10Cook,V.语言学和第二语言习得M.外语教学与研究出版社,2000. 11戴曼纯.普遍语法可及性三假说J.外语教学与研究,1998(1):1113. 作者简介：赵垒（19814），男，南京工业大学外国语学院在读研究生。
14、 责任编辑：王静 科 （上接第169页）决，如果上升到神经官能症，就需依靠专业机构处理。 制定应急预案，就是在出现紧急情况后，快速组织应急监护小组（如保 卫处、医务室、公寓科等）采取必要措施将问题个案转移到安全地点， 组织监护小组对其实行24小时监护，及时联系并协同家长，将学生送 到对口专科医院进行心理治疗。 大学生心理问题已引起国家的高度重视。胡锦涛总书记在十七大 报告中明确指出：“加强和改进思想政治教育工作，关注人文关怀和心 理疏导”。 高校学生教育管理工作者，必须进一步提高对大学生心理危 机干预工作重要性和紧迫性的认识，进一步强化大学生心理危机干预 机制工作建设，切实建立尊重事实、高效运作的心理危机预警与干预 机制，为完成大学育人使命保驾护航。 责任编辑：王爽 科 外语论坛 200
