[发明专利]一种周期性钻杆的无缝声波传输通道的建模方法

权利要求书

1.一种周期性钻杆的无缝声波传输方法，其特征在于：所述周期性钻杆的无缝声波传输的传输通道模型中，用假想的透声薄膜来表征接箍的反射和透射作用；通过建立单个钻具的无缝声波传输模型，此处无缝的含义是在钻具的中间连接处声波只有透射而没有反射，其具体步骤为：

（1）、建立单个钻具的无缝声波传输模型

    整个钻杆是由钻杆和接箍组成的周期性结构，单个钻具中以接箍为中心，将每根钻杆从中间等分为两节，每段长度均为                                                ；

（2）、假想的透声薄膜来表征接箍的反射和透射作用

    声波在波导管中传播时，如果遇到突变截面结构，在接触面上将会发生反射和透射现象，使得一部分声波反射回去，另一部分声波发生透射，具体计算方法为：

步骤b1：取接箍中点为坐标原点，将接箍等效为透声膜和等效钻杆，考虑接箍的长度对声波传输的影响，即两侧钻杆分别增加，因此透声膜两侧每段钻杆的等效长度为；

步骤b2：用假想的透声薄膜来表征接箍的反射和透射作用，声波传播满足位移和应力连续的边界条件，假设钻杆接箍长度为,接箍的横截面积，钻杆直段的横截面积，令，而接箍长度对声波传输则等效为长度、截面积和钻杆相同的钻杆，定义：，，表征接箍的声波反射和透射系数，规定声波沿钻杆轴向传播，向右为正方向，其中透声薄膜左侧声波振动引起的质点位移分量为和，透声薄膜右侧声波振动振动引起的质点位移分量为和；令，根据接箍的反射和透射效应的理论分析可得到接箍的声波反射和透射系数： 

               (1)

                     (2)

根据钻柱中每个钻杆的结构参数和式(1)和式(2)可计算每个接箍对声波传输的影响；周期性结构接箍两侧钻杆的材料、截面大小都相同，因此不管声波从哪侧入射，其反射和透射系数都相同；

（3）计算整个钻杆中声波的传输

    在分界面处介质不会因为振动而被拉开，因此在透声膜上质点振动位移是相等的，规定声波沿钻杆轴向传播，向右为正方向；

在分界面右侧，满足振动位移相等的边界条件，右侧声波引起的振动位移等于左侧声波引起的振动位移；在分界面左侧，满足振动位移相等的边界条件，左侧声波引起的振动位移等于右侧声波引起的振动位移；

如果，，分别表示离膜左侧远处声波的振动位移，如果，，，分别表示右侧远处声波的振动位移时，考虑到接箍长度对相位的影响，，分别表示声波振动在左侧和右侧传播时，振动相位的变化为；声波由钻杆左侧，经过透声膜，传播到钻杆右侧时的位移具有传递关系，由于钻杆结构具有周期性，由第0根钻杆到第N根钻杆的传递关系计算公式为： 

   (3)

声波在整个钻杆中传播的传输系数表示为：，并且将最后一节钻杆看作无穷远，即没有反射回波，表示最后一段钻杆的振动位移；声波在整个钻杆的传输系数由下式计算：

           (4)

其中：，计算整理式(4),则传输系数可表示为：

                      (5)。