任荣坤 练章华 梁 坤

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500）

牙齿过盈配合的接触非线性数值模拟研究

任荣坤 练章华 梁 坤

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500）

以弹塑性理论为基础，基于非线性有限元软件ANSYS，建立了三牙轮钻头中单齿与牙轮的过盈配合的二维有限元力学模型；并在不同过盈量下，对牙齿动态地压入牙轮以及热胀冷缩作用的静态装配牙齿两种情况进行了仿真模拟。分析结果表明，静态装配中牙轮与牙齿的最大应力值小于动态装配；在动态压入装配过程中，压入载荷存在波动，而静态装配无载荷波动；动态压入装配成本较低，装配方便。

三牙轮钻头；过盈；接触非线性；有限元；动态装配；静态装配

随着钻井技术的发展，虽然PDC等高性能钻头已经在各油田得到了推广，但由于三牙轮钻头成本较低，并且在某些地层的优良使用性能，仍被广泛应用于各油田。目前针对三牙轮钻头失效的研究主要集中在材料、热处理、牙齿结构以及布齿方案上[1-3]，而随着计算机技术以及有限元数值模拟技术的不断发展，一些学者用有限元对三牙轮钻头进行了力学分析与结构优化。

在三牙轮钻头的使用过程中，常常出现牙齿脱落的情况，使得钻头不能正常工作而失效。由于牙齿是通过过盈配合镶嵌在牙轮上，而过盈配合的接触面上又不能贴应变片，因此通过有限元对牙齿过盈配合的动态压入装配和热膨胀静态装配进行仿真是一种有效可行的方法。……