[发明专利]声波钻钻柱临界面积与极大应力接头的判断方法

权利要求书

1.声波钻钻柱临界面积与极大应力接头的判断方法，其特征在于包括以下步骤：(a)建立声波钻钻柱的纵向受迫振动简化数学模型；(b)给定声波钻钻柱总长度、单根钻杆长度及材料屈服极限等参数；(c)采用相关软件进行声波钻钻柱极大应力位置及临界面积的编程计算。

2.按权利1所述，其特征在于：

(a)声波钻钻进过程中柔体钻柱上端可以沿着桅杆导轨直移滑动，视其为移动铰支，钻柱及其下端的钻头受到土体液化的粘滞流体边界约束较弱，可视其为自由端或直移副；

引入具有筛选性δ函数，将顶部声频振动器的激振力F(t)＝m_eω²sinωt变为分布力的形式，满足：

f(x,t)=meω2sinωtδ(x)=meω2sinωtx=00x≠0]]>    式(1)

式中：x为分布力所在截面距钻柱上顶定点的距离，单位(m)；t为时间，单位(s)；m_e为声频振动器偏心质量总静矩，单位(kg*m)；ω为激振力角频率，单位(弧度/秒)；

等截面声波钻柱在纵向分布载荷f(x，t)作用下的纵向振动微分方程为

ρS∂2u∂t2+c∂u∂t-ES∂2u∂x2=f(x,t)]]>    式(2)

式中：u(x，t)为钻柱上距顶点x处截面在时刻t的纵向位移；l为钻柱长度，单位为(m)；S为钻柱截面积，单位为(m²)；ρ为材料密度，单位为(kg/m³)；E为弹性模量，单位为(Pa)；

根据声波钻钻柱边界条件采用分离变量法得到声波钻钻柱位移场：

  式(3)

式中：i＝0，1，2，...为钻柱各阶模态频率；ξ_i为钻柱各阶振型的阻尼比；

为钻柱各阶振动相位角；

从而得到钻柱不发生动应力屈曲的临界面积S_cr判据如下：

  式(4)

式中：σ_s为钻柱的材料屈服极限；

声波钻钻柱接头出现极大应力的判据：

mlrod=(2n-1)4fEρ,n=1,2,...,ir]]>   式(5)

式中：m为钻杆根数；l_rod为单根钻杆长度；f为激振力频率；i_r为钻柱共振振型的阶数；

(b)给定相关参数，采用MATLAB编程软件进行计算S_cr，得到声波钻钻柱在设计临界面积；对于给定的钻杆根数m，单根钻杆长度l_rod，激振力频率f，则可判断钻杆接头处是否会出现极大应力。