基于光纖光柵傳感的鉆桿扭矩測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、扭矩是鉆具工作過(guò)程中的重要力學(xué)參數(shù)之一。利用合適的傳感器及測(cè)量方法對(duì)鉆具系統(tǒng)的扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。在實(shí)際工程中，鉆桿的受力情況十分復(fù)雜，會(huì)受到彎矩、扭矩及軸向力的復(fù)合載荷，如何將復(fù)合載荷下各力學(xué)參數(shù)分離成了鉆桿扭矩檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文基于ANSYS有限元仿真，理論上提出了一種復(fù)合載荷下螺紋鉆桿壓力、彎矩和扭矩分離的新方法。實(shí)驗(yàn)上利用光纖光柵傳感器對(duì)鉆桿鉆進(jìn)過(guò)程中的扭矩進(jìn)行了測(cè)量，驗(yàn)證了此

2、方法的可行性。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　1.綜合分析比較了不同扭矩測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了光纖光柵的傳感特性及應(yīng)用現(xiàn)狀，并從理論上分析了如何將其用于扭矩測(cè)量。
　　2.對(duì)比分析了圓柱鉆桿、不同螺紋牙型的單螺紋鉆桿及雙螺紋鉆桿在同樣的扭矩作用下受切向應(yīng)力的情況，為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇提供了依據(jù)。
　　3.基于圓柱鉆桿在壓力、彎矩、扭矩復(fù)合載荷下三參數(shù)分離的理論分析，通過(guò)擬合修正，得到了在同樣的載荷下，不帶螺紋部分直徑與

3、圓柱鉆桿直徑相同且材質(zhì)相同的螺紋鉆桿壓力、彎矩、扭矩的近似解析解。運(yùn)用此修正方法得到的軸向壓力、彎矩、扭矩的值與仿真加載值的最大差值分別為0.47％、1.70％、0.60％。分析了螺紋鉆桿結(jié)構(gòu)尺寸及加載載荷大小對(duì)壓力、彎矩和扭矩分離的修正因子的影響。
　　4.設(shè)計(jì)并搭建了壓彎扭測(cè)量裝置，利用其對(duì)空心圓柱鉆桿的純扭矩及簡(jiǎn)易壓彎扭組合進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，并得到扭矩的測(cè)量誤差在0.70％～6.91％之間。在對(duì)實(shí)心鉆桿鉆進(jìn)過(guò)程中力學(xué)參數(shù)在線(xiàn)檢