申请/专利权人：西南石油大学

申请日：2022-06-07

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN114936436B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/23;G06F119/02;G06F119/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2022.09.09#实质审查的生效;2022.08.23#公开

摘要：本发明公开了高温、动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型的建立方法，应用于磨损模型领域。通过球‑块摩擦实验分析密封结构摩擦副材料在不同温度和载荷下的摩擦磨损性能，选择高温、动载工况下基础模型；基于高温工况下基础模型，引入温度影响参数进行修正，并拟合，输入球‑块摩擦实验的数据得到最优解，建立高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型；基于动载工况下基础模型进行改进，对动态载荷下的球块试件之间的磨损机理进行公式推导，再根据赫兹点接触理论，推导出磨损体积与时间的关系式，建立动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型。建立的模型能够准确模拟出高温、动载工况下的磨损机理，为防磨改进设计方案提供理论支撑。

主权项：1.高温、动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型的建立方法，其特征在于，包括：步骤1：通过球-块摩擦实验得出密封结构摩擦副材料在不同温度和不同载荷下的摩擦磨损性能，选择高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的基础模型和动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的基础模型；步骤2基于所述高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的基础模型，引入温度影响参数进行修正，得到高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的初步模型；对所述高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损初步模型进行拟合，输入所述球-块摩擦实验的数据得到最优解，建立高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型；步骤3：基于所述动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的基础模型进行改进，对动态载荷下的球块试件之间的磨损机理进行公式推导，再根据赫兹点接触理论，推导出磨损体积与时间的关系式，建立动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型；步骤1中，所述高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的基础模型和所述动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的基础模型均为Archard磨损模型；步骤2中，所述温度影响参数包括：温度系数，压力指数和速度指数；基于Archard磨损模型，引入所述温度系数，所述压力指数和所述速度指数进行修正，得到高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的初步模型；所述高温工况下牙轮钻头螺旋密封磨损的初步模型如下： 其中，ks为温度系数；T为温度；T0为室温，取25℃；m为压力指数；n为速度指数；v为滑动速度，单位为mms；为深度磨损率；P为接触磨损区域的压力，单位为MPa；k′为磨损系数；步骤3中，基于Archard磨损模型进行改进，对动态载荷下的球块试件之间的磨损机理进行公式推导，得出： 其中，dh是磨损深度微元，单位为mm；k1是改进方程中的磨损系数为无量纲常数；v是球、块试件的相对滑动速度，单位为ms；σ0t是接触点处接触应力随时间的变化函数，根据接触原理将表达式改写为σ0t＝σsSt，其中St接触面积函数其大小和动态载荷幅值变化有关；Hm是块试件材料的硬度参数，是材料本身的属性；对所述基于Archard磨损模型的改进式求时间t的积分，k1、v、Hm为常数，得出： 步骤3中，在对所述基于Archard磨损模型的改进式求时间t的积分后，根据赫兹点接触理论，推导出磨损体积与时间的关系，将被磨损体积V0写为t时刻下的磨损体积微元dV0的关系式，如下： 其中，K为引入的磨损系数；1为摩擦副相对滑动距离；E*为两物体的等效弹性模量；r为球试件半径；θ为切入半角，θ的取值范围为0-π8之间；球试件受到的法向载荷为正弦型动态载荷，动态载荷随时间的变化函数为：Ft＝x0+10sinωt，对所述将被磨损体积V0写为t时刻下的磨损体积微元dV0的关系式求积分，得到动态载荷下磨损时长为t0时的磨损体积改进公式，建立动载工况下牙轮钻头螺旋密封磨损模型如下：

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