Модове збудження згинальних коливань стержня, що обертається при поздовжньому віброударному навантаженні

Анотація

У роботі наведено результати дослідження динамічної поведінки моделі робочого органу вібробурильної установки під час буріння свердловин у твердих породах ґрунту під дією поздовжнього віброударного навантаження. Метою є виявлення діапазонів частот збудження коливань вищого порядку. Процес буріння свердловин у твердих породах ґрунту суттєво полегшується під впливом вібраційних навантажень. Руйнування породи під час вібраційно-обертального буріння відбувається через спільну дію віброударних імпульсів та обертального руху. Коливання в такому разі можуть здійснюватися зі зростанням просторової гармоніки, при цьому відбувається підвищення моди власних коливань. Через це цікавим стає питання вивчення динамічної поведінки досліджуваної системи з метою виявлення частот віброударного впливу, за яких відбувається модове збудження згинальних коливань зі зростанням числа напівхвиль. Для пошуку таких діапазонів частот дії поздовжнього ударного навантаження на стержень, що здійснює коливальний рух під час обертання, дослідження проведено з використанням розробленого програмного забезпечення. У ньому реалізовано методику комп’ютерного моделювання коливального руху стержнів значної довжини, що обертаються, під дією поздовжніх періодичних навантажень. Таке програмне забезпечення дає змогу моделювати коливальний рух стержнів під час обертання, а також визначати параметри, за яких відбувається зростання модового числа поперечних коливань змодельованої системи. За допомогою зазначеного програмного забезпечення побудовано діаграми, що відображають діапазони ударних частот, за яких відбувається модове збудження зі збільшенням числа напівхвиль пружної лінії стержня, яким моделюється робочий орган вібробурильної установки, за різних параметрів системи. Зазначено, що зі збільшенням швидкості обертання стержнів діапазон ударних частот розширюється. Процес коливального руху розглянуто в просторі з урахуванням інерційних навантажень та геометричної нелінійності стержня. Здійснено аналіз отриманих результатів та зроблено висновок про можливість експлуатації обладнання в певних діапазонах частот.