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某型牙輪鉆機(jī)在工作時(shí)是兩根鉆桿接桿鉆進(jìn)的。鉆桿主要承受軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩的作用，其外壁受孔壁和巖渣的強(qiáng)烈摩擦，工作條件惡劣，常發(fā)生損壞。其主要失效的形式有斷裂、磨損、彎曲、脫扣等。斷裂主要發(fā)生在三個(gè)接頭部分。原因除焊接質(zhì)量難以保證外，應(yīng)力集中是一個(gè)重要原因。對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析，如果全部采用體單元，需要很大的存貯空間，一般微機(jī)不能完成。本研究先采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)三個(gè)接頭部分以體單元進(jìn)行細(xì)劃分，各接頭的邊界用梁?jiǎn)卧挠?jì)算結(jié)果以邊界單元的形式輸人。這樣的計(jì)算分析取得了良好的結(jié)果。
圖示為兩根鉆桿連在一起的鉆桿簡(jiǎn)圖。其高度近18米。接頭1與鉆架上的回轉(zhuǎn)加壓小車(chē)相接，接頭2聯(lián)接兩根鉆桿，接頭3與鉆頭相接。共劃分99個(gè)梁?jiǎn)卧?00個(gè)節(jié)點(diǎn)。約束情況由于鉆桿的高度很高，與上、下固定端的高度相比很大。故認(rèn)為上、下端點(diǎn)可繞X和Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
載荷情況根據(jù)鉆桿工作情況·確定如下兩種載荷工況：①正常鉆進(jìn)，以正常工作時(shí)的軸壓力和扭矩作用于鉆桿。②突然卡鉆，當(dāng)巖渣未能及時(shí)排出孔外時(shí)，或鉆頭遇到巖縫時(shí)易出現(xiàn)卡鉆。當(dāng)突然卡鉆時(shí)，瞬間作用在鉆桿上的力達(dá)到最大軸壓力和最大扭矩。
三個(gè)接頭是從梁結(jié)構(gòu)單元中截取出來(lái)的，并重新以體單元的形式進(jìn)行劃分，這就要求每個(gè)接頭截面處的受力大小與變形大小完全與梁?jiǎn)卧獙?duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移的大小相同。為滿足這一要求，在計(jì)算中采用邊界單元進(jìn)行模擬。
對(duì)于三個(gè)接頭的體單元，接頭1上部所加的力即為兩種工況所確定的外力，而下部所加的力以及接頭2上、下部所加的力和接頭3上部所加的力均為梁?jiǎn)卧?jì)算出的節(jié)點(diǎn)力，下部各節(jié)點(diǎn)全部約束。由于梁?jiǎn)卧?jì)算出的節(jié)點(diǎn)力中的剪力和彎矩相比軸向力和扭矩在數(shù)值上是很小的，故忽略剪力和彎矩的影響。同時(shí)，梁?jiǎn)卧?jì)算出的節(jié)點(diǎn)位移，僅Y方向位移和繞J軸轉(zhuǎn)角較大，則其它方向的位移可忽略。
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