Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Это обстоятельство и есть главная причина трудностей борьбы с прпхватом, причем до недавнего времени высокоэффективных средств ликвидации прихвата не существовало. Прихват возникает довольпо часто, и после безуспешных попыток его ликвидации обычно отрезают свободную часть колонны (над участком прихвата) и забуривают с этого места параллельный ствол, так что все, что было ниже начала участка прихвата, остается навечно в земле.
Необходимо отметить, что метр пробуренной скважины стоит сотни рублей, а объемы бурения весьма велики, в связи с чем результирующие потери, связанные с прихватом, выражаются внушительными числами. Исходная идея ученых состояла в следующем, Если оторвать колонну от стенки скважины единовременным приложением статической силы невозможно, то можно попробовать разрушать связь коле~»пы с породой по частям путем последовательного крипо~кения к зоне прихвата серии динамических силовых воздействнй, отправляя по колонне труб интенсивные упругие волны. Практическая реализация этой идеи очень изящна и состоит в следуннцем. При натяжении прихваченной колонны значительными осевыми усилиями вся свободная от прихвата часть колонны, растягиваясь, накапливает апачптельную энергию упругих деформаций.
Достаточно резко освободить колонну от действия осевого усилия, как при таком ее «обрыве» упругая энергия перейдет в кинетическую энергию движения элементов колонны в возникающих упругих волнах: таким образом, сама бурильная колонна становится аккумулятором энергии для генерирования мощных упругих волн, которые, приходя к месту прихвата, будут разрушать связь колонны со стенкой скважины. Для осуществления этой схемы требовалось лишь разработать устройство, которое могло бы быть введено в компоновку колонны бурильных труб п осуществляло бы быстрое расцепчоппе соединенных этим устройством частей поло»шы при достижении осевого усилия задаппной величины. Критическая величина осевого усилия определяется из решения днпамичсской задачи механики разрушения для стальной трубы, жестко соединеппой па некотором участке с окружающей хрупкой породой, содержащей, разумеется, трегцинообразные дефекты.
Описанное устройство, названное возбудителем упругих коле- 235 бапий (ВУК), было разработано, изготовлено, испытано и передано в промышленность. Конструкция ВУКа предельно проста и не содержит нп смазки, нп процпзиош«ых деталей, опа пе требует особых условий ухода прн эксплуатации. Эффективность ВУКа оказалась поразптелыш высокоп; уже первые образцы устройства позволили ликвидировать ряд прихватов высшей категории сложности, из-за которых бурение аварийных скважин было прорвано на многие месяцы. 1(райко важной в зкономическом отношении слово ной комплексной научно-технической проблемой является промьпплопное дробление п пзмельчеппе.
Успешное осуществление программы исследований в этой области связано пе только с решением задач о хрупком разрупгенип при сжатии частиц вещества, по и с проблемой поступления выбранного материала в зону нагружеиия, а так»ке удаления оттуда раздробленных н измельченных частиц. Многие существующие методы перемалывания чрезвыча1шо неэффективны, поскольку лишь малая часть затрачиваемой энергии идет па нзмелыенае, т. е.
на создание новых поверхностей. Наибольшие трудности при моделировании связаны с мехаш«змом разрушения, реализующимся при взапмодействнп полей сжимающих папряжоппй, начальных мехаппческнх пли тепловых напряжений, а така;е окружающих сред. Существующие теории пзмельчения базируются на том, что для получения мелких частиц требуется затратить больше энергии, чем для получения крупных частиц.
Качественно это следует нз того, что мелкие частицы получа«отея при дроблении из более крупных, а ведь способность частиц поглощать упругую энергию, идущую на распространение трещин, линейно уменьптается с уменьшением объема частиц. Уменыпается при этом, разумеется, и размер характерного дефекта. Остаточные напря»кения вызывают разрушение при разгрузке, а это увеличивает склонность к образованию относительно более крупных частиц (рис. 146). 11ередача сжн»«аюгдих усилий от нагружающих приспособлений к частицам происходит крайне неэффективно, например, на измельчение частиц в шаровой мельнице идет только десятая часть потреблнемой энергии. Мало изучены возможности использования химически активных веществ для более эффективного измельчения.
Такие вещества позволяют успешно бороться со «спекапием» измельченных частиц, которое мешает не только трапспортировке, по и просто разгрузке оупкера мель- 236 ницы. Есть данные и о влиянии поверхностно-активных веществ на сам процесс разрушения частиц. Особенно важно решенно всего комплекса химико-физикомеханических проблем для развития новой порошковой моталлургни сплавов с очень высокой прочностью и коррозпоппой стойкостью. Не менее сложной является и проблема повьппения эффективности металлообработки ренсущим инструментом. Здесь в игру вступает множество факторов: свойства Рпс. 146. Разрупгопио при разгрузке увсличиваот склоппость к об- разоваиию более круппых частиц материалов заготовки и резца, геометрия резца, скорость резания.
Вводя в сталь добавки, например, свинца или серы, можно существенно улучшить ее металлообрабатываемость. Нуждается в развитии и теория высокоскоростного резания. По-видимому, из-за сильного локального разогрева при резании со скоростями порядка 80 — 00 об/с не только улучшаются условия металлообработки, но и просто становится воэьгожпой эффективная обработка некоторых металлов, которые очень трудно обрабатывать при обычных скоростях.
Перспективным способом увеличения скоростей металлообработки является использование активных жидких металлов. Достаточно взглянуть ва график скоростей погружения сверла в нержавеющую сталь па воздухе и. 237 в жидкой эвтектике Яп — Еп прн 200'С, чтобы понять заманчивость такой металлообработки, ведь скорости растут примерно в 8 раз (рпс. 147) .
Для сверлеппя меди п алюминия использовал,пм пне эвтектнкн 1п — Са — Вп '5п-йо ~ сулит увеличение скорости сверленпя уже в 100 раз! Разумеется, и здесь ученые н инженеры должны обойб тп много подводных камней. Ну>вне, например, обеспег чнть, чтобы прп нспользова- пнн жидких металлов охруп' лаабуг Нивалась поверхность заготовки, но никак нп инструмента. Сама звтектпка должна тщаб бу >гб да тельно удалятьсп нз конечрпс >47. Погружеппа сверла в ного изделия иначе оно мои >пкавнощуа> сталь и записи. жег разрушиться от жндкомепоси> от аропепв сагрлоппп па тзллнческого охрупчпвапня воздуха и а жидкой эатоктпао в процессе эксплуатации. Бп — Хп Очень плтереспым здесь может оказаться предложенный Г.
Д. Щукиным с сотруд>шкамн новый подход, который состоит во введении частиц активных нпзкоплавкпх сплавов непосредственно в стандартную смазочную среду, используемую прн металлообработке. В области контакта инструмента н заготовки этн частицы расплавля>отея п способствуют резанию,что заметно увеличивает долговечвость н скорость обработки без ухудшения прочности п надежности изделия.
Итак, разрушение — это чрезвычайно полезное явлепш>, которым мы просто еще пе научплпсь как следует управлять. И совершенно недостаточны те усилия ученых, ишкенеров н техников, которые направлены не на оорьбу с разрушением, а па использование его положительных аспектов. Молодая наука «Механика разрушения > крепнет п развпвается от теории к практике, внедряясь в конструкционные расчеты и технологические схемы.
Обогащаясь еаяшымн практическими результатамн и новымп ндеямп, опа неудержимо двнн«ется вперед. И мне показалось неуместным писать заключение к этой книге. Вместо этого я решил назвать некоторые монографии н статьи (от простого к сложному), которые моглн бы быть полезны- 238 ми для дальпейггпего знакомства с механикой разрушения и получения самостоятельных результатов. Финкель В, М. Портрет трегцнпы.— Мл Металлургия, 193!.— 160 с.
Зацаряпяый В. П„Акопов А, И. Атлапты держат побо.— Мл Знание, 1979.— 176 с. П а р т о и В, 3. Механика разрушения гУ Наука и в!папа.- -1974.— еег 12.— С. 5! — 59. Ра 6 от и ов 1О. Н. Введеяпо в механику разрушения.— Ыз Паука, 1987.— 80 с. П о т т Дж. Ф. Основы механики рззрушопияз Пер. с англ.— Мл Мсталчургяя, П)78.— 256 с. Б р о е к Д. Оссозы механики разрушонпя: Пер. с англ... Мз Высигая школа, 1980,--368 с. П ар тон В.
3., М о розов Е. й!. Механика упругопластического разрушения.— Мз Наука, !985.— 504 с, Нинпшков Г, П., Морозов К. М. Метод конечных зчемептов в механике разрушения.— 5!3 Паука. 1980.— 256 с. Сиратори М., Миаск Т., Мацусята Х. Вычпслптельпаа механика разрушениях Пер, с японок.— Мл Ыпр, 1986,--334 с. г! е р с п а н о в Г. П. Механика разрушения яомпозицпоипых материалов.— М.. Наука, 1983.— 296 с. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения.— Мз !Раука, 1974,— 640 с. Если п эта новая книга поъюжет Вам, дорогой читатель, ознакомиться с осповпымп пдеямп совремеппой механики разрушения, ее практическими прплогкениямгг и возможностями, а также станет стимулом для дальпейпгей работы в этой увлекательной области знаний, — то поставленная автором цель достигнута. .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
