CFD在PDC钻头水力结构优化设计中的应用_况雨春(1)

应用技术

CFD在PDC钻头水力结构优化设计中的应用*

况雨春1　曾　恒2　周学军2　夏宇文1

(1.西南石油学院　2.川石-克锐达金刚石钻头有限公司)

摘要　PDC钻头水力结构优化设计的目的在于有效地清除井底岩屑和冷却牙齿,用计算流体动力学(CFD)方法,对其在PDC钻头水力结构优化设计中的应用进行了阐述。在提出PDC钻头水力结构优化设计原则的基础上,对?311.2mm(121

⒋)英寸GS605P型PDC钻头的三维流场进行了数值模拟,发现原设计在喷嘴布置位置和喷射角度上存在不足,以此为基础进行了水力结构的优化设计。事实证明,利用计算流体动力学技术,优化PDC钻头的水力结构设计是一种经济而有效的手段。

关键词　计算流体动力学　数值模拟　PDC钻头　优化设计

引 言

PDC钻头水力结构的主要功能是有效地清除井底岩屑和冷却牙齿。如果岩屑不能及时排除,就会导致钻头工作面的堵塞并在PDC片表面产生局部高温,使其逐渐烧损。另外,在钻头工作过程中,如果比水功率选择过大,就会造成钻头基体严重冲蚀,致使切削齿柱或喷嘴脱落。如果喷嘴布置位置不合适,喷射的流体冲击井底后会反射直接冲蚀切削齿。如果比水功率选择过小,对复合片清洗冷却不利,特别是在软地层中易造成钻头泥包,在硬地层中易造成复合片的加速磨损。因此,对PDC钻头而言,水力结构(主要是中心水眼和冠部水道)设计的重要性尤其突出。

CFD在PDC钻头水

力学研究中的应用

随着计算流体动力学(Co m puta ti o na l Fluid Dy-na m ics,简称CFD)研究的飞速发展,国外已经开始利用计算流体动力学数值模拟分析的方法对牙轮钻头及PDC钻头井底流场、喷嘴射流对携岩效果的影响等方面进行综合分析[1]。PDC钻头水力系统的优化设计研究是用计算流体动力学的理论和数值模拟方法来研究井底水力能量(钻头水力功率)的合理分布。即在一定的泵压条件下,在合理地分配整个循环系统水力能量(泵的水力功率)的基础上,通过优化设计PDC钻头喷嘴组合和布置方案,把钻头喷嘴所能得到的井底总水力能量合理地进行分布,从而在清除钻头泥包以及井底排屑时获得最佳的净化效果。目前,最常用的CFD软件包括FLUENT、STAR-CD、CFX及Phoenics。各种CFD通用软件的数学模型的组成都是以Navie r-Stokes方程组与各种湍流模型为主体[2],再加上多相流模型燃烧与化学反应流模型自由面流模型以及非牛顿流体模型等。大多数附加的模型是在主体方程组上补充一些附加源项附加输运方程与关系式。

国内在PDC钻头水力学的CFD应用研究刚刚起步[3],笔者的研究内容对计算流体动力学方法在PDC钻头水力结构优化设计中的应用做了有益的探索。在综合前人关于计算流体动力学研究成果的基础上,建立了一套适合于PDC钻头三维流场的数值模拟方法。该方法概括为:首先在CAD软件中建立需要模拟的PDC钻头三维实体模型以及井底模型;采用网格方便的笛卡儿网格进行网格划分,利用标准k-ε湍流模型进行钻头井底复杂三维流场的数值模拟。笔者的研究主要采用PHOE N I CS

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2006年　第34卷　第2期

石　油　机　械

CH I NA PETROLEU M M ACH I NERY

*岩石破碎学与钻头研究四川省重点实验室基金项目“PDC钻头水力系统计算流体动力学研究”的部分研究内容。DOI牶牨牥牣牨牰牥牳牪牤j牣cn ki牣issn牣牨牥牥牨牠牬牭牱牳牣牪牥牥牰牣牥牪牣牥牨牱

作为PDC 钻头井底流场数值模拟软件,P HOEN I CS 提倡采用直角形网格(笛卡儿网格),并提供了网格局部加密功能和网格被边界切割的补偿功能(PASOL )与之相配合。近年来,直角形网格以其极简便的优势,重新引起人们的关注,P HOEN I CS 在这方面很有意义。

在求解及边界条件设置方面,笔者的研究按钻头在井底的实际工作排量对钻头流场进行数值模拟,并针对具体型号的PDC 钻头喷嘴的直径、布置位置、喷射角度等因素对井底流场的影响进行了大量实例的模拟工作。通过对PDC 钻头水力结构的微观流场数值模拟分析,总结出对PDC 钻头水力结构设计的一些评价方法:即从模拟流场中分析各个喷嘴的射流速度及状态,井底的速度场优劣(如滞流区、低压低速区),各喷嘴射流在井底的流动方向,钻头体及井底的表面流速分布,以及钻头各流道的定量流量分配,从这些方面的各方案计算结果对比分析可以评价设计的优劣。

基于此,一个好的PDC 钻头井底流场应具备以下几个特点:较高的井底压降;避免在主切削齿附近出现低流速区进而发生泥包现象;较小的涡旋;各流道流量分配的合理性等。

数值模拟研究

1.模型建立

一个良好的井底流场应该能使液流在井底场的流动满足岩屑离开井底、在井底被推移和从井底举升这几个基本动作并使之配合协调,这就是分析研究井底流场的出发点和设计PDC 钻头水力结构的根据。笔者将着重考虑数值模拟技术对PDC 钻头的井底流场及牙齿冷却的影响。在数值模拟中,调整喷嘴布置位置的主要依据是需要较好地解决井底流场中存在的滞流区、逆流(回流)现象、漩涡等问题;并考虑下行射流、上返液流与反喷液流之间的相互关系。

在建模时应注意以下几点:

(1)PDC 钻头三维实体模型是利用I D EAS 设计的钻头三维模型进行格式转换来实现的,钻头模型转换为计算流体软件PHOE N I CS 可直接导入的STL 模型。

(2)根据钻头底部轮廓包络面,采用Pro /E 三维设计软件建立了井底三维实体模型,以使井底流动空间接近井下实际情况,然后同样以STL 格

式输出。

(3)钻头体与井底的安放位置为:刀翼上的牙齿与井底表面处于接触状态。

2.PDC 钻头流场的CFD 数值模拟研究

针对?311.2mm (121⒋英寸)GS605P 型PDC 钻头,笔者进行了计算流体动力学辅助水力结构优化设计的研究。该算例的目的是对现有设计水力结构形成的井底流场进行数值模拟,通过对是否存在涡旋、各流道流量分配是否合理以及钻头体及井底的流速和压力分布是否合理等几方面的分析,对现有喷嘴直径搭配、位置及喷射角度提出改进意见。钻头的三维模型及各流道、喷嘴、刀翼布置如图1所示。钻头的工作排量为60L /s ,流体介质为20℃的水。流动出口条件采用的是无回流的出口边界条件,出口截面局部单向化设置。

图1　PDC 钻头三维模型

计算表明,最高射流流速为132m /s ,理论平均流速57m /s 。通过软件的后处理功能,对刀翼附近流速矢量分布的分析表明,钻头1号刀翼附近2个喷嘴之间存在着较大的涡旋,并且其几颗主切削齿附近射流有沿布齿方向朝向钻头中心的流动,这不利于将岩屑推离井底进入环空,需要对喷嘴布置位置及喷射角度进行调整;钻头3号刀翼附近则不存在这种朝向钻头中心的流动。

对钻头体表面流速分布云图的分析表明,钻头底部中心高流速区过于集中,1号刀翼的清洗效果不太好,几颗主切削齿附近流速较低,需要调整喷射角度或者位置。从各流道流量分配来说基本合理,其中4、5号刀翼对应流道流量偏小,因此在这方面不需要做大的改动,只需要针对流量分配、涡旋和钻头体的清洗做一些小的改进。

从井底流速场分布云图可以看出,井底流速场的分布不很均匀,对应于主排屑槽的井底部分存在着低流速区,不利于岩屑的运移。可以通过减小2

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个喷嘴之间的间距来消除低流速区,使井底流速分布更为合理。同时,井底压力分布云图也表明1号刀翼附近2个喷嘴间间距偏远,需要调整。

钻头水力结构改进分析

1.GS605P型PDC钻头水力结构的改进

针对GSP605P型PDC钻头水力结构存在的问题,主要对1、2、3号喷嘴的直径、布置位置、喷射角度做了9个方案的相应调整,目的是解决现有设计所出现的钻头中心部位高流速区过于集中、1号刀翼附近存在涡旋以及1号刀翼主切削齿清洗不佳等问题。

通过各方案对水力结构的调整,达到尽量降低1号刀翼附近涡旋的程度,并改善1号刀翼主切削齿附近的流动状态,使其更有利于将岩屑推离井底。对在1号刀翼附近流速矢量的对比分析表明,原设计2、3号喷嘴附近有涡旋,主刀翼附近流场存在问题。3号喷嘴位置调整对涡旋有影响,同时消除了主切削齿附近原来存在的沿刀翼向内的液流,对齿面的清洗和岩屑的推移有改进。

通过对各方案在1号刀翼附近的局部流速云图对比,主要了解各种水力结构对解决1号刀翼附近原来存在的部分主切削齿分布流速过低,不利于排除岩屑的问题。调整1、2号喷嘴角度,对主刀翼的清洗效果有所改进,同时,对于改善钻头体上的清洗效果较好;3号喷嘴位置的调整有利于对刀翼上主切削齿的清洗,从钻头体上的清洗效果来看,调整3号喷嘴的位置可以达到稍好的效果。

各流道的流量分配主要与设计时所确定的各刀翼切削量的多少有关,水力结构的调整对流量分配也将产生影响,对各方案的流量分配进行对比分析表明:1、2号喷嘴角度调整对流量分配影响不大,主刀翼流量稍微有增加;1、2号喷嘴直径调整对流量分配有大的影响;3号喷嘴位置调整对流量分配影响不大。总的说来,在原设计的基础上,1、2号喷嘴调整角度,3号喷嘴位置调整对流量分配有小的影响,相对于原设计趋于合理。

2.对钻头水力结构修改意见

通过分析,现有钻头水力结构需进行如下调整:

(1)有一个主刀翼的表面流场分布存在不易清洗的区域,需要调整喷嘴布置位置或者喷射角度。通过多种方案的对比分析,推荐方案为:在原有设计基础上1、2号喷嘴的角度调整(降低轴线与井底的夹角),3号喷嘴的位置调整(向2号喷嘴靠拢5mm左右)。

(2)3号喷嘴位置的调整对3号刀翼附近流场有较大的影响,从流速分布来看,可以考虑在(1)的基础上再向内移动1mm左右即可。

(3)现有各喷嘴直径搭配比较合理,不宜再作改动。

从本研究的应用效果来看,应用CFD软件进行水力结构优化设计对钻头设计师是十分有用的。PDC钻头水力结构比较复杂,无法用理论计算来做到这一点。过去,把新设计的钻头试制出来做试验是唯一检验设计效果的办法。设计→试制→试验→调整设计→再试制→再试验,……,就是过去产生新钻头的路子。现代钻井技术的发展,对于能适应现场要求的新钻头的开发时间提出了越来越高的要求。有了CFD软件应用之后,就多了用数学模型试验代替物理模型试验的办法来预计设计效果。于是,设计→计算机模拟→调整设计→再模拟,……,到有相当把握后才试制和试验,成了新的模式。无疑,它比以前的设计方法更有效更经济。

参　考　文　献

1　Ledger w ood L W.A dv anced Hydrau lics A na l y sis Op ti m izes Pe rfor m ance of Ro lle r Cone D rill B its.SPE59111

2　陶文铨.数值传热学.西安:西安交通大学出版社, 1988

3　谢翠丽,杨爱玲,陈康民.PDC钻头水力学研究初探.

石油机械,2002,30(11):1～3

作者简介:况雨春,副教授,生于1971年,1999年毕业于西南石油学院,获工学博士学位,2002～2004年在法国石油科学院作博士后研究工作。现在西南石油学院从事计算机仿真、CAD/CA E/CFD技术在机械及石油工程中的应用等教学及科研工作。地址:(637001)四川省南充市。电话:(0817)2642337。E-m ail:s wp i ky c@126.co m。

收稿日期:2005-08-09

(本文编辑　王志权)

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2006年　第34卷　第2期况雨春等:CFD在PDC钻头水力结构优化设计中的应用

【CN109948257A】一种钻头选型方法及其装置、设备和存储介质【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910217273.4 (22)申请日 2019.03.21 (71)申请人 中海石油（中国）有限公司上海分公 司 地址 200335 上海市长宁区通协路388号 申请人 中石化海洋石油工程有限公司 (72)发明人 张海山　李乾　王涛　姜韡　 施览玲　纪国栋　王宏民　 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 孟金喆 (51)Int.Cl. G06F 17/50(2006.01) G06K 9/62(2006.01) (54)发明名称一种钻头选型方法及其装置、设备和存储介质(57)摘要本发明公开了一种钻头选型方法及其装置、设备和存储介质，通过获取并统计一地区指定地层中所使用的至少一种钻头的使用参数以及对全部所述钻头分别进行至少一种评价运算以得到多参数评价指标值矩阵及单参数评价指标值矩阵，再分别进行规范化处理及去重处理，并赋予权重，最后依据非线性模糊优选理论计算评价指标值矩阵的综合向量，以得到对应各所述钻头的最终评价指标值。本发明能够提高钻头选型的准确性，兼顾各类钻头选型方法的优势，实现优快钻井目标，对于优选出的钻头提速效果明显，现场推广和应用前景广阔，对于钻井提速增效具 有重要意义。权利要求书3页 说明书15页 附图2页CN 109948257 A 2019.06.28 C N 109948257 A

权　利　要　求　书1/3页CN 109948257 A 1.一种钻头选型方法，其特征在于，所述方法包括： 获取并统计一地区指定地层中所使用的至少一种钻头的使用参数； 根据所述使用参数，对所述钻头分别进行至少一种评价运算以得到多参数评价指标值矩阵； 将任意一种或多种所述使用参数分别对应至各所述钻头以得到至少一个单参数评价指标值矩阵； 对所述多参数评价指标值矩阵及所述单参数评价指标值矩阵分别进行规范化处理及去重处理，得到多参数相对优属度矩阵及单参数相对优属度矩阵； 分别对所述多参数相对优属度矩阵中的各评价指标值及所述单参数相对优属度矩阵中的各评价指标值赋权重； 依据非线性模糊优选理论，分别计算对应赋权重后所述多参数相对优属度矩阵的多参数向量及对应赋权重后所述单参数相对优属度矩阵的单参数向量，组合所述多参数向量及所述单参数向量，得到综合相对优属度矩阵； 对所述综合相对优属度矩阵中的各评价指标值赋权重，并依据所述非线性模糊优选理论计算对应赋权重后所述综合相对优属度矩阵的综合向量，所述综合向量内各参数分别对应各所述钻头的最终评价指标值。 2.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，所述使用参数包括：使用效果参数、使用条件参数及使用成本参数； 所述使用效果参数包括：钻头进尺、机械钻速、钻进深度及钻头磨损程度中任意一种或多种； 所述使用条件参数包括：钻压、转速及泵排量中任意一种或多种； 所述使用成本参数包括：采购成本、功耗成本及维修成本中任意一种或多种。 3.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，对所述钻头分别进行至少一种评价运算以得到多参数评价指标值矩阵的方法之后，还包括： 对所述多参数评价指标值矩阵中各评价指标值进行修正，具体包括： 基于钻头磨损定级标准，对用于描述所述钻头的磨损程度的各参数进行相应赋值，并将各所述参数的赋值相加以得到钻头磨损特征值； 计算钻头磨损系数，钻头磨损系数＝1-钻头磨损特征值/预设常量； 利用所述钻头磨损系数对所述多参数评价指标值矩阵中各评价指标值进行修正。 4.根据权利要求3所述钻头选型方法，其特征在于，利用所述钻头磨损系数对所述多参数评价指标值矩阵中各评价指标值进行修正包括： 当所述评价指标值越大表示钻头选型越优时，令所述各评价指标值乘以所述钻头磨损系数； 或，当所述评价指标值越小表示所述钻头选型越优时，令所述各评价指标值除以所述钻头磨损系数。 5.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，所述评价运算的方法包括：每米钻井成本法、比能法、经济效益指数法、灰色聚类法、综合指数法、灰色关联分析法、主成分投影法、虚拟强度指数法及神经网络法中任意一种或多种。 6.根据权利要求1所述的钻头选型方法，其特征在于，对所述多参数评价指标值矩阵及 2

优化设计在材料中的应用

复合材料结构稳定性约束优化设计 纤维增强复合材料结构, 以高的比强度和比刚度, 在航空航天领 域得到了广泛的应用。许多空天结构的设计, 均利用复合材料结构特殊的屈曲特性, 以达到提高稳定性和降低结构重量的目的, 如机身、航天器的承力筒、直升机地板等。复合材料具有较强的可设计性, 可通过优化铺层参数, 如层数和纤维铺设角, 提高结构的临界屈曲载荷, 在满足稳定性要求的前提下减轻结构重量。有关复合材料结构稳定性优化以及稳定性约束优化的研究不断发展, 如文献[ 1] 研究了层合板临界屈曲载荷的优化方法及灵敏度分析方法, 文献[ 2] 通过引入层合板刚度矩阵求解过程的中间变量,对屈曲载荷进行了优化; 近年来遗传算法也逐渐被应用于该问题, 扩大了研究对象的结构形式范围,提高了优化设计的效率。但是, 多数复合材料稳定性方面的优化工作采用的是确定性的优化设计方法, 即不考虑材料及载荷的不确定性, 得到的优化结果濒临失效边界, 难以满足结构的可靠性要求。纤维增强复合材料, 材料性能离散度大, 工作环境复杂, 各向异性的特点使其对载荷相当敏感。20 世纪90 年代, 设计者们逐渐意识到不确定性因素给复合材料结构带来的影响[ 3], 因此复合材料结构的可靠性优化设计越来越多地受到工程界的重视, 并开展了相关研究。文献[ 4, 5] 基于层合板临界屈曲载荷的解析表达式, 构建极限状态方程, 计算结构的失效概率。但是, 工程实际中的结构通常需要使用有限元等方法进行结构分析, 缺少显式的极限状态函数, 造成可靠度计算困难。对此, 一些学者提出了结构可靠性分析的响应面 法, 使 可靠度计算得以简化，并且一般能够满足工程精度

机械结构优化设计

机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立

目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算

钻头选择和使用

钻头选择和使用 1、硬质合金钻头的选择 胶结性的砂岩、黏土亚黏土、泥岩以及风化岩层、遇水膨胀或缩径地层宜选用肋骨式硬质合金钻头或刮刀式硬质合金钻头;可钻性3-5级的中、弱研磨性地层,铁质、钙质岩层、大理岩等宜用直角薄片式钻头、单双粒钻头或品字形钻头;研磨性强、非均质较破碎、稍硬岩层,如石灰岩等宜用负前角阶梯钻头;软硬不均、破碎及研磨性强的岩层,如砾石等宜用大八角钻头;砂岩、砾岩等选用针状合金钻头。常用硬质合金取心钻头及其适用范围见表6-1。 2、金刚石钻头的选择 金刚石钻进适用于中硬以上岩层。一般聚晶金刚石、金刚石复合片、烧结体钻头适用于3~7级岩层,单晶孕镶金刚石钻头适用于5~12级完整和破碎岩层,天然表镶金刚石钻头适用于4~10级完整岩层。不同类型金刚石钻头的选用见表 6-2。

金刚石钻头主要参数及结构要素与钻头选择如下: （1）钻头唇面形状。中硬、中等研磨性的岩层,宜选用平底形唇面或圆弧形唇面;坚硬且研磨性高的岩层,可用半圆形唇面;对复杂、破碎不易取得岩心的地层,可选用阶梯底喷式唇面;坚硬、致密易出现打滑的岩层,可选用锯齿形 唇面。金刚石取心钻头唇面形状及适用地层参见表5-29。 (2)胎体硬度。岩石的研磨性越强或硬度越低,则钻头胎体的硬度应越髙；反 之,岩石的研磨性越弱或硬度越高,则钻头胎体的硬度应越低。不同岩层推荐胎体 硬度及耐磨性参见第5章表5-35。

(3)金刚石浓度。岩石硬度越高或研磨性越弱,则钻头金刚石浓度应越低;反之,岩石硬度越低或研磨性越强,则钻头金刚石浓度应越髙。人造孕镰金刚石钻头 在不同岩层推荐的金刚石浓度值参见表5-39。 (4)金刚石粒度。若石的研磨性越强,硬度越高,则要求钻头的金刚石颗粒应越 小,最好用孕镶钴头;岩石硬度越低,研磨性越弱,则要求钻头的金刚石夥粒应越 大。孕镶金刚石钻头推荐粒度参见表5-40,表镶金刚石钻头推荐粒度参见表 5-41。

牙轮钻头选型原则

牙轮钻头选型原则 (1)软地层应选择有移轴、超顶、复锥3种结构的牙轮钻头，齿应是高、宽、稀、齿尖角大的铣齿或镶齿。随着岩石硬度增大，选择钻头的上述3种结构值应相应减小，齿也应矮、窄、密，齿尖角也要相应减小。 (2)钻研磨性地层，应该选用带保径齿的镶齿钻头。当发现上一个钻头的外排齿磨圆而中间齿磨损较少时，则下一个钻头应该选用有保径齿的镶齿钻头。 (3)在易斜地层钻进时，应选用不移轴或移轴量小、无保径齿并且齿多而短的钻头；同时，在保证移轴小的前提下，所选钻头适应的地层应比所钻地层稍软一些，这样可以在较低的钻压下提高机械钻速。 (4)选用镶硬质合金齿钻头时要注意：所钻地层页岩占多数时，用楔形齿钻头；钻石灰岩地层时，使用抛物体形或双锥形齿钻头；当用高密度钻井液钻井时，使用楔形齿钻头；当所选地层中页岩成分增加或钻井液密度增大时，用偏移值大的钻头；钻石灰岩或砂岩地层，选用偏移值小的钻头；钻硬的研磨性石灰岩、燧石、石英石时，用无移轴的球齿轱斗。 (5)在软硬交错地层钻进时，一般应按其中较硬的岩石选择钻头类型，这样既在软地层中有较高的机械钻速，也能顺利地钻穿硬地层。在钻进过程中钻井参数要及时调整，在软地层钻进时，可适当降低钻压并提高转速；在硬地层钻进时可适当提高钻压并降低转速。 (6)浅井段岩石一般较软，同时起下钻所需时间较短，应选用能获得较高机械钻速的钻头；深井段地层一般较硬，起下钻时间较长，应选用有较高总进尺的钻头。 (7)在小井眼(井眼直径小于177mm)钻井中常选用单牙轮钻头，单牙轮钻头比同尺寸三牙轮钻头的牙轮、牙齿、轴径、轴承大，强度高，破岩效率高。 (8)按钻头产品目录选择钻头类型。钻头生产厂家通过大量的试验，对各型钻头的适用地层情况进行了界定，形成了钻头产品目录。根据钻头产品目录，结合所钻地层性质选择钻头类型，基本能够做到对号入座，匹配合理。表卜10为国产三牙轮钻头产品目录。 (9)由于即使是同一种岩性，其机械性能差别也很大，所以仅根据岩性按钻头产品目录来确定钻头类型是不够全面的，还应收集邻近井相同地层钻过的钻头资料及上一个钻头的磨损分析，结合本井的具体情况来选择。 (10)钻头的选型应按每米成本最低来考虑。一般以“每米成本”作为评价钻头选型是否合理的标准，其计算公式为：在保证井身质量的前提下，对于同一地层使用过的几种类型的钻头，进行每米成本比较，每米成本最低的钻头应作为选型合理的标准。

结构优化设计在房屋结构设计中的运用

结构优化设计在房屋结构设计中的运用 发表时间：2019-04-04T09:06:49.333Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：严明煜 [导读] 建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 严明煜 浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州 310000 摘要：建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 关键词：建筑结构设计；优化技术；应用探讨 1建筑结构设计优化的概念、特点以及重要意义 所谓建筑结构设计优化，主要是指建筑在最初的设计之时，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及实用性，还要能够在基本满足人们最基本生活要求的同时，尽量保证房屋结构不仅美观，还要合理、舒适，使得房屋建筑具有安全性、适用性、经济性、科学性、美观等的综合性设计方案。一般建筑结构设计优化方法普遍具有以下几个特点：（1）建筑结构优化设计方法具有多样性和综合性的特点。（2）建筑结构优化设计方法是与艺术等审美标准相融合的设计，直观效果比较强。（3）建筑结构优化設计的安全系数得到了整体的提高。（4）建筑结构优化设计的适用性增强。（5）建筑结构优化设计能够体现当今时代的低碳要素，具有节能性和环保性。（6）建筑结构优化设计的经济化趋向愈来愈明显。（7）建筑结构优化设计在管理中更加简易、方便、快捷。（8）建筑结构优化设计具有科学性（9）建筑结构优化设计具有明显的创新意识、突破了传统的设计形式。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用具有以下重要意义：建筑结构优化设计方法在房屋结构设计的应用中，是以优化房屋的结构、保障房屋建筑的质量及其安全为目的的。根据近年来我国城市建筑的发展趋势以及科学技术的发展情况来看，与传统的房屋设计相比，经过优化设计的建筑所采取的设计理念以及设计技术更为先进和科学，能够充分发挥房屋建筑建材的性能以及其设备的性能的优势，成本支出也更为低廉，从而实现企业利益的最大化。除此之外，建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中，能够实现房屋建筑内部结构的协调和整合，有效提高房屋建筑的质量以及安全性。现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高建筑结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。 2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤 2.1结构优化模型 房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。 2.2设定优化设计计算方案 房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。 2.3进行程序设计 根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。 2.4结果分析 对计算结果进行分析，确定最优设计方案。 在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，所以，总法则和考虑必须综合进行，不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾，要能够正确处理，因为它是控制投资中至关重要的环节。因此，在设计中片面强调经济节约是不正确的，应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能倾向，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。 3建筑结构设计优化在房屋设计中的具体运用 3.1整体和布局的统一性 以湖南省某处建筑设计为例，建筑平面图如图1所示，在建筑设计过程当中，经常会运用到艺术建筑设计理念，在项目的整体性工程设计方面，需要对建筑设计和艺术性设计实施完美的结合。因此，在建设过程中需要充分地考虑到整体建筑项目风格以及对建筑环境的和谐统一。从另外一个角度上来进行分析，建筑的局部美和整体性设计上都需要进行和谐统一，不管是在走线的方式还是建筑给排水管道的铺设上，都需要以整体性和安全性为主要的设计原则，在充分的保证建筑安全性的前提下来进行美观性设计。 3.2建筑结构的优化设计 在建筑结构设计优化工作当中，需要充分考虑到建筑剪力墙的优化设计，在建筑优化设计过程中主要表现在对建筑的安全性能的保障方面。充分结合建筑设计的中心位置以及剪力墙的整体受力形式，尽可能降低剪力墙的设计指标，在降低建筑受力方面，需要重点考虑建

钻头选型

一、PDC钻头命名： 1、M1963钻头各字母和数字的意思？ M：胎体PDC钻头（MS：刚体PDC钻头） 19：切削齿尺寸，￠19mm（13--￠13mm，08--￠8mm） 6：刀翼数 3：冠部形状，变化范围1~9，1---冠部抛物线最长；9---冠部抛物线最短 2、FS2663的含义？ FS：刚体（FM：胎体） 2：2000系列 6：6刀翼（5：5刀翼） 6：复合片尺寸，6/8″--19mm（2：8mm；4：13mm，8：25.4mm） 3：布齿密度和位置。 3．G535的含义？ G：金系列 5：复合片尺寸：19mm（4：1/2″--13mm） 3：冠部形状：1---9：尖---平 5：布齿密度。 二、PDC钻头选择原则 1、钻头冠部形状确定原则 不同冠形PDC钻头的攻击性依次为：长抛物线型>中等抛物线型>短抛物线型；按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型如下：按照岩石硬度分类，推荐的钻头冠型： 岩石硬度抗压强度(psi) 冠部形状 很低硬度0-8000 长抛物线 中等硬度8000-16000 中等抛物线 高硬度16000-32000 短抛物线 ?针对软硬交错地层，采用多种抗回旋设计 2、切削齿尺寸选择原则： 岩石硬度抗压强度(psi) 切屑齿尺寸 很低硬度0-8000 19-24mm 中等硬度8000-16000 16-19mm 高硬度16000-32000 13-16mm 极高硬度32000-50000 8-13mm（超强齿） 3、布齿密度原则 岩石硬度抗压强度(psi) 布齿密度 很低硬度0-8000 低布齿密度 中等硬度8000-16000 中等布齿密度 高硬度16000-32000 高布齿密度 极高硬度32000-50000 高布齿密度(超强齿) 三、地层硬度分级 牙轮钻头机械钻速（h/m）地层硬度岩石类型抗压强度（Mpa） 111/124 15~30 很软粘土、粉砂岩、砂岩〈25

Φ311FS系列PDC钻头选型与应用

Φ311.15FS系列PDC钻头在彩南探井的选型与应用科技成果报告 钻井四公司

2007年11月25日 Φ311.15FS系列PDC钻头在彩南探井的选型与应用彩南探井地处准噶尔盆地东部五彩湾凹陷构造，临近彩南油田开发区、五彩湾气田，地表为戈壁黄泥滩。主要探明古生界石炭系（巴塔玛依内山组）的含油气情况。该构造地层较全，自下而上从石炭系（C2b）到吐古鲁群，地层分层及岩性见下表：

今年钻井四公司在该构造承钻彩54、彩55井两口预探井，为提高二开段Φ311.15井眼的钻井速度，加快油气勘探的步伐，根据地层岩性认真开展了Φ311.15FS系列PDC钻头的选型与应用，取得了一定的效果。 一、邻井牙轮钻头的使用情况 彩201井钻头使用概况 彩202井钻头使用概况

彩51井钻头使用概况 根据以上的统计表可以看出，侏罗系至二叠系地层，牙轮钻头的平均机械钻速只有3-4米/小时，由于牙轮钻头机械钻速慢严重地影响了钻井的周期。 二、彩54、彩55井Φ311.15FS系列PDC钻头的选型与应用 根据两口井邻井的实钻地层的岩性情况，经分析研究PDC钻头选型如下：

1.考虑到白垩系吐谷鲁群底部有砾石层，必须用牙轮钻穿砾石层后，再下PDC钻头，从石树沟地层到八道湾底部以上地层岩性发育较疏松，大多为泥岩及泥质粉砂岩，可选Φ311.15FS2463或Φ311.15FS2563BG。 2.PDC钻头钻到八道湾底部砾石层根据钻时的变化及时提钻，防止砾石层损坏PDC钻头，再用牙轮钻头钻穿砾石层后进入克拉玛依组20m左右，再下PDC钻头，考虑到三叠系－二叠系地层岩性较致密，且砂质泥岩、粉砂岩、砂砾岩互层多，可选Φ311.15FS2563BG 钻头，进入平地泉组中下部根据钻时可考虑Φ311.15FM3643Z钻头。 3.彩54、彩55井PDC钻头的实际使用情况和主要技术措施： 1）两口井PDC钻头使用及取得的技术指标 2）PDC钻头使用的主要技术措施 ①钻井排量：Φ160缸套双泵排量50—55 l/s，有利钻头的清

结构优化设计的几点应用

结构优化设计的几点应用 摘要：提出结构优化设计的概念，重点分析和推导了钢筋混凝土受弯构件造价最省的条件，可以为设计人员判断受弯构件的截面是否优化提供参考。 关键词：结构优化设计；钢筋混凝土受弯构件；造价 1. 引言 一般结构设计的流程按图一进行，结构选型、布置和截面等是设计师根据设计要求和实践经验，参考类似的工程设计确定的。设计中大量的工作都是对初步选定的设计方案进行校核，现行设计规范的表述模式一般是不等式，如，因此满足不等式的结构方案必定是无限多种的。在满足设计规范和使用要求的前提下，另外确定一个特定指标使其达到极大或极小（如造价最省、工期最短、自重最轻、梁高最小等），就是结构优化设计。

优化设计用数学的方法描述就是目标函数的极值问题。一个结构的设计方案是由若干个变量来描述的，这些变量可以是构件的截面尺寸，也可以是结构的形状布置，还可以是材料的力学或物理参数。结构设计的所有变量计为[X]，结构设计必须满足建筑功能和设计规范的要求，也就

是所有的变量必须满足一定的约束条件： H(X)=0 G(X)≥0 设定的优化目标必定是[X]的函数F（X）,F(X)→min(或max)所求的一组解[X0]就是最优化设计的解。 [X]的维数决定了优化设计的过程离开计算机是无法实现的，遗憾的是现阶段的结构设计软件除少数钢结构软件有构件截面的自动优选外，一般都没有引入优化设计的概念。因此现阶段可以操作的优化设计依然是电脑与人脑的结合，即所谓的概念设计，根据一定的经验指标判断计算结果是否已达优化，也就是如图二所示，在一般设计的流程中加入最优化的判断。 2. 结构优化设计的分类： 根据结构设计的流程，优化设计可以分为宏观优化和微观优化，宏观优化包括结构选型和结构布置的优化，微观优化主要是指杆件截面的优化。 结构选型的优化包括基础方案和上部结构的优化，结构选型的优劣直接决定了结构设计的质量，更多的依靠设计人的经验和能力，当复杂的问题超出经验的范围时，对不同的结构方案进行试算不失为一种可行的方法，这时忽略一些微观的因素，相当于大大降低了自变量[X]的维数，少量的计算比较就可以找到比较优化的结构选型。比如框架-筒体的超高层建筑，外框架可采用钢筋混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土，可以加斜撑，也可以做加强层，在不能准确判断采用哪种方案的时候，逐一试算，比较钢材和混凝土的用量或其他目标函数，可以在较短的时间内

地层与钻头选型

表1-5 钻头与地层岩石对应关系表 齿系地层型 1 2 4 可钻性岩性非密封滚动轴承非密滚动空气轴承密滚动轴承 型列号式江汉休斯瑞德赛克史密江汉休斯瑞德史密江汉休斯瑞德赛克密密 司司司 钢低抗压强1 极软页岩、粘土、泥岩W11 R1 Y11 S3SJ DSJ GA114 GIX-1S11 S33SSDS 度高可钻 G114 ATX-1 1性的软地 2 泥岩、软页岩、疏松页 W121 R2 Y12 S3J DTJ S33 齿层 3 页岩、软石灰岩 W131R3 Y13 S4J DHJ GA134 S44 4 S4DJ 高抗强度 1 页岩、软石灰岩M4NJ V2J GA214 M44N 钻 2 的中硬地 2 DR5 M4 层 3 中硬岩石灰岩、砂岩、 4 板岩 钻硬半研磨1 硬质石英岩 H7 H77 3 性或或研 2 W321 R7 H7J 性地层 3 硬质砂岩、白云岩 4 镶低抗压强 1 4 度高可钻2 性极软地 3 软页岩、粘土层 层 4 齿低抗压强 1 软泥岩、软页岩、疏松砂岩 5 度高可钻2中页岩、砂岩 性极软地 3 中软石灰岩 层 4中软石灰岩 钻高抗压强 1 中地层硬页岩、石灰岩 K621 G44 G4A 6 度的中硬 2 中地层白云岩、硬灰岩、Y62JA47JA 地层 3 砂岩 G55 Y63JA 4 硬质砂岩与白云岩 半研磨性1 硬质砂岩与白云岩 7 研磨性地2硬质砂岩与白云岩、极硬燧石 层 3 极硬燧石 K732 G77Y73JA 7JA 4 极硬花岗岩 K742 半研磨 1 极硬花岗岩 头8 性研磨性2极硬花岗岩 地层 3 极硬花岗岩 K832 G99Y83JA 9JA 4 极硬花岗岩 K842

钻头怎么选 钻头选型方法【老师傅干货】

钻头怎么选_钻头选型方法【老师傅干货】 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、自动化、数字无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 钻头是机械加工中应用广泛的五金件，它用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。但不同的作业环境我们选取的钻头种类也不同，常用的钻头主要有麻花钻、锪钻、中心钻和深孔钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔，但习惯上也将它们归入钻头一类。 麻花钻是应用广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25～80毫米。它主要由工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。标准麻花钻的切削部分顶角为118，横刃斜角为40°～60°,后角为8°～20°。麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种，加工时前者夹在钻夹头中，后者插在机床主轴或尾部的锥孔中；一般麻花钻用高速钢制造。 深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔的刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。 锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的外形，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。 中心钻供钻削轴类工件的中心孔用，它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成，故又称复合中心钻。

模具制造业的钻削加工在几个关键要素上往往与常规钻削有所不同。首先，在不规则表面上钻孔的情况很常见；其次，该行业所用的工件材料通常比常规材料更难加工。为了成功应对这些加工特点，需要采用具有针对性的加工策略。 无论是使用可转位刀片式钻头、可换钻尖式钻头，还是整体硬质合金钻头乃至高速钢钻头，在不规则表面上钻孔或进行断续切削都有可能出现问题，这是因为加工表面越不规则，钻头挠曲变形的可能性就越大。不过，在考虑钻头挠曲变形之前，首先应该考虑选用哪种类型的钻头。答案取决于技术性和经济性两方面的考虑。 对于直径在12.7mm以下、孔深在70倍孔径（70×D）以内的孔，适合用整体硬质合金钻头加工。而在加工直径更大、孔深为5×D以内的孔时，可转位刀片式钻头往往能提供有效的解决方案。对于孔深为（5－10）×D的孔，可换钻尖式钻头则是首选刀具。对于所有这些加工，都推荐采用内冷却式钻头。 此外，还需要考虑加工的经济性。不同类型钻头的每孔加工成本存在差异。每孔加工成本会随着加工批量（钻孔数）的增加而下降。如果每孔加工成本居高不下（处于成本曲线的峰值），则表明需要选用另一种钻头或另一组刀片。每孔加工成本（即决策点）的权衡要素为孔的加工数量和加工质量，在某种程度上还包括机床和夹具。 当加工批量很小时，加工循环时间和每孔加工成本并不太重要，采用经济性较好的高速钢钻头可能就足够了。而对于批量较大的加工，整体硬质合金钻头可能更具优势，因为这种钻头虽然价格比较贵，但它可以采用更高的切削速度和更大的切削参数，从而能提供更低的每孔加工成本和更高的生产能力。 不过，对于孔径大于12.7mm、孔深在5×D以内的孔加工，可转位刀片式钻头通常可以提供的加工循环时间和每孔加工成本，这是因为其刀具材料与孔壁的接触面较小，因此产生的摩擦也较小，可以采用更高的切削速度。与高速钢钻头或整体硬质合金钻头相比，可转位刀

浅谈建筑结构优化设计的应用

浅谈建筑结构优化设计的应用 发表时间：2015-10-14T11:00:47.510Z 来源：《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿作者：王猛 [导读] 目前各种建筑的工艺越来越复杂，相应的技术越来越先进，因此对建筑结构的设计与实践运用提出了更高要求。 【摘要】随着现代科学技术的快速发展，人们对物质需求越来越强烈，对市场的需求以及对各种事物的要求越来越高，其中就表现在建筑结构上，目前各种建筑的工艺越来越复杂，相应的技术越来越先进，因此对建筑结构的设计与实践运用提出了更高要求。我们应该充分结合理论与实际，发掘新特点优势，从实际出发，立足本质，进行好建筑结构的优化和实际部署应用，本文从建筑结构优化的意义以及优化设计的应用进行了探究。 【关键词】建筑结构；结构优化；实际运用 建筑是一种艺术，人们都是带着审美的眼光去审查一栋建筑，建筑是从美观的外形和结构功能设计来审判的，适用、经济、便于施工是建筑结构设计的追求，建筑的艺术性是追求建筑的美观、力度的美学、外型的总体效果、建筑的结构设计和建筑的艺术性完美的融合，只有这样才能把建筑有限的空间无限扩大、有限的资源的最大发挥，实现建筑整体性的完美，建筑结构设计优化方法要遵循满足建筑外型美观要求、满足建筑结构安全、合理的原则。 1．建筑结构优化设计的现实意义 随着社会经济的迅速发展，城市里突现的是钢筋水泥的建筑，住宅越来越多，层数越来越高，成本明显增高，要设法降低单位面积的成本，整体降低总成本，因此建筑结构的优化设计可以降低成本的总造价；由于建筑的层数增加，楼体结构自重相应增加，接踵而来的是水卫和点气管线增长等一系列问题，因此建筑结构的优化可以提高建筑结构的经济性。经过考证，结构优化之后要比传统结构的工程造价低7%-35%左右，达到经济高效的效果，又可实现建筑物美观实用，在实际运用中，最合理的利用材料的性能，可以使建筑内部各单元得到最好的利用，在建筑整体造价和建设施工工期方面也有较为良好的贡献，建筑结构优化的最终目的是实现适用、经济和安全，实现经济效益的最大化。 2．建筑结构优化设计应用的理论 建筑结构优化应用有两方面的作用，一是在建筑分部结构的优化设计方面的作用，二是在房屋工程结构总体的优化设计方面的作用，两者都有细分，例如结构总体的优化设计囊括了总体方案优化设计和细部结构方案的优化设计等，从另一方面讲包含了形体结构选型、布置、机构体的受力分析、建筑整体造价分析等项目。在建筑结构优化的实际应用中，可以根据使用简单、应用方便的原则，对建筑工程进行结构优化设计，在建筑结构设计过程中，要满足设计意图、平面布置规则、整体形态对称原则、质量中心和刚度中心整体布局原则、建筑物水平荷载作用等一系列问题[1]，做到在理论上为实践提供前提、提供理论基础，做好准备工作。 3．建筑结构优化设计应用的方法简介 3.1做好建筑结构优化设计的函数模型 建筑结构优化要选择主要参数，建立数学模型（函数模型），根据科学合理的方法，得出最优的答案，从而得出最合理的优化方案，结合建筑结构的规律和自身的实践经验，对各方面的影响因素进行全面的综合考虑，找出行之有效的结构方案设计，模型的建立有两个步骤[2]，一是选择变量，即选择影响较大的参数，减少计算编程的工作量；二是确定目标函数，例如房屋结构，确定房屋结构的约束条件，在既定的条件下得出最优解，这种设计方法具有一定的准确性，在实际的房屋建造中具有重要的参考作用。 3.2做好建筑结构优化的方案设计 建筑结构优化方案设计是做好优化的前提，做好方案设计，设计多个变量、多个条件，编制相应的运算程序，得到最优结果。4．建筑结构优化设计的实际应用 4.1建筑场地的合理选择 建筑的拔地而起需要选择合理的建筑场地，在进行建筑场地选择中要考虑很多因素，如防护距离、建筑退界、日照间距、抗震、地段选址等因素[3]，必要时选择合理相应的抗震措施。 4.2建筑主体结构的选择 建筑结构的设计要遵循规则结构效应的原则，有利于降低造价，通过对墙、柱、梁的调节使不规则的建筑体型产生规则结构效应，例如剪力墙结构布置。需要进行优化设计的主要部分有很多，如基础、墙、柱、梁、楼板、屋面板等，这些是建筑的主要构成部分，在基础的优化设计中，选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸，相对减少基础结构的造价费用，柱子的截面对工程的造价也有直接的影响；对于柱网布局和柱子截面的优化设计，确定好柱子的行间距，而柱网布局确定着竹子的行间距，因此柱网布局对工程的造价起着至关重要的作用；梁的设计，为了提高材料的利用率，在实际应用中一般都采用平面架来替代矩形梁，减轻了自身重量，经济又实用；钢筋的优化设计，在建筑结构的优化设计中，要对钢筋的型号进行选择，施工过程中钢筋的型号不同，会造成施工的结果不同，如钢管砼结构和钢结构在自重和承载力相近时，前者比后者节约将近45%的钢材，大大节约了工程成本。 4.3初期方案阶段和抗震设计的应用 对于建筑结构来说，前期方案的确定直接影响到最终建筑的成本投资，而目前的市场情况是前期的方案设计部分不参与结构优化设计，而且在前期的建筑方案设计中，很多没有考虑到主体结构的分析或者对于部分分析不到位、不精准，作为一个合格的结构设计人，应该依靠自身所基本的结构概念去布置结构方案，结合建筑空间结构和结构模型概念以及函数模型来进行方案设计。因为运用概念设计方法，在初期方案的设计中，可以根据简单的函数模型，估算出构件的截面面积[4]。建筑结构优化还要考虑最为重要的一点，就是建筑的抗震性，在建筑抗震设计过程中，大多数建筑结构的优化设计主要按照概念设计进行工作，而软件计算并不是建筑结构优化的主要依据，建筑的使用过程中，抗震效果是居民考虑的一个重要问题，尤其在地震多发地带，由此看来，建筑物的耐久性、安全性、功能性是建筑结构设计的三个重点内容，在节约成本以及达到规定年限的前提下，满足抗震功能是重中之重，在地震中，房屋不倒塌是最优目标，由于地震的不规律性，在没有防范措施的情况下会对建筑物造成巨大的破坏，采取行之有效的抗震设计是实现居民财产安全不受侵害的前提，根据建筑物的延展性设计，可以防止建筑物在地震的作用下发生破坏，根据结构优化的原则，对称设计是提高抗震效能的重要手段。

钻头选型外文文献

PDC Bit Selection Through Cost Prediction Estimates Using Cross plots and Sonic Log Data Bit Optimization in Ku Wai The Optimisation of PDC Bit Selection UsingSonic Velocity Profiles Present in the Timor Se PDC Bit Selection Method Through theAnalysis of Past Bit Performance. 26 PDCBitDurability-DefiningtheRequirements, VibrationEffects, Optimization Medium,DrillingEfficienciesandInfluencesofFormationDrillability Application ofPDCBitsUsingConfinedCompressiveStrengthAnalysis DaviesR.Cumulative Rock Strength as a Quantitative Means of EvaluatingDrill Bit Selection and Emerging PDC Cutter Technology. Drillability Assessment in Deepwater Exploration Evaluation of Thermal Effects on Drillability in HPHT Wells in Niger Delta New PDC Bit Technology, Improved Drillability Analysis, and Operational Practices Improve Drilling Performance in Hard and Highly Heterogeneous Applications

浅析概念设计在建筑结构优化设计中的应用

浅析概念设计在建筑结构优化设计中的应用 发表时间：2016-08-31T16:22:24.410Z 来源：《建筑建材装饰》2015年9月上作者：陈晨[导读] 随着经济水平的快速发展，传统的建筑结构设计逐渐遭到淘汰。 陈晨 （成都惟尚建筑设计有限公司，四川成都610000）摘要：在如今的建筑工程建设中，设计与施工是影响工程质量的主要原因，而建筑结构设计显得更为重要，它影响着整个工程的安全性与适用性。结构概念设计能够有效地弥补结构设计人员过度依赖计算机软件估算的缺陷，能够有效地避免设计过程仅单凭计算来实现的误区。本文就概念设计在建筑结构优化设计中的具体应用展开论述。 关键词：建筑结构；优化设计；概念设计前言 随着经济水平的快速发展，传统的建筑结构设计逐渐遭到淘汰，人们对结构概念设计的要求也越来越高。计算机软件的改革与发展，给工程建筑师的工作带来了便利，大大地提高了工作效率，提高了结构设计师的工作质量。1概念设计概述 工程结构设计师一般会使用概念设计方式来制定建筑工程的整体方案。在这一工作过程中，工程设计师要利用自身的专业知识和工作经验来完成建筑工程内位置、构件和选型及各项工作的计算及探究工作。对于设计方案中的各种问题，要根据建筑学理论、力学知识和自己的工作经验来实行综合的考虑，然后才能获得一个高效、科学、可行性强的建筑工程设计方案。现今我国的城市化进程很快，工作人员的创新性思维能力也越来越强，现今的建筑结构在具备舒适使用功能的同时还要保证其外观美。因此，建筑施工单位必须紧跟时代进步的步伐，关注概念性设计思想，工程设计人员使用这样的工作方式，能够不断提高建筑结构的质量。但概念设计要求工程设计师有很高的专业水平，尤其是力学方面的知识，这不仅是为了提高建筑工程设计方案的科学性，也是为了保证施工的安全性。 2概念设计步骤及在建筑结构设计中的作用2.1概念设计的步骤 概念设计是一个循序渐进的设计过程，其过程主要有三个步骤。第一，分析阶段。在展开建筑结构设计之前，必须对设计问题进行深入的分析理解。在进行分析的过程中，大部分数据不完整并会呈现模糊不清的特点，即要解决这个问题；第二，综合阶段。在这个设计步骤中，主要就是要解决设计方案中的问题，并采用各种经验手段通过图纸的方式表达概念设计的中心。这种设计方式依靠建筑设计师的灵感思想为主导，将抽象思维具体表达出来；第三，评估阶段。评估设计就是判断与比较多种方案中最佳方案的阶段。评估阶段是一个循环的过程，主要以设计方对其的满意度达到一定程度为评估标准。建筑设计师在进行评估时，需要采用数据计算多种手段来比较各种方案，以获得最佳方案为目标。 2.2建筑结构设计中概念设计的作用分析（1）能够简化设计中的运算方式在我国当前的建筑结构设计运算方式中，存在一些无法运算的缺点，根据这一不足，进行建筑结构设计便不能得出准确的数据答案，对后续的施工也会造成一定的难度和影响。一般来说，建筑结构设计的运算方式主要有三个步骤，分别是：测量已建成的建筑物，考虑建筑结构的承重力；计算建筑结构内部的受力程度，整合之后采用合理的建筑结构方案；从标定控制截面中规划截面，然后测试出相关的质量参数。通过这样的结构设计步骤，可以看出，计算的数据不精确，会给施工带来一系列的不确定性。而概念设计就能够很好的解决这一问题，它能够简化在一般结构设计理论中的计算方式，保证参数的准确性，减少施工过程中出现的问题。 2.2推动辅助设计软件的发展在科技高速发展的情况下，大部分建筑设计师都会依靠计算机程序计算相关数据，对建筑结构设计中概念设计的要求并不高。辅助设计软件的诞生虽然为建筑结构设计提供了便利，但建筑设计师对建筑复杂结构问题的警觉性降低了。因此，在进行设计时，必须加强对概念设计的应用程度。适宜的将概念设计的基本理论与设计软件结合起来，两者兼并才能够在保证数据准确性的同时，推动辅助设计软件的发展。3概念设计在建筑结构优化设计中的应用 3.1选择合理的建筑场地 建筑场地是进行建筑设计之前需要考虑的重要因素，它对建筑设计有决定性与基础性的重要影响。选择建筑场地时，需要考虑的因素有：光照间距、防护的距离、建筑的占地面积。与此同时，还应该考虑抗震因素，避免出现大型地质灾害时，危及到生命财产安全。在不能避免危险地段选址时，就要在建筑结构设计中，结合相应的抗震防护措施，对地形进行全面考察。 3.2根据相应的现场状况选择建筑基础对建筑场地选址结束之后，就要根据建筑地形的各种特点选择适宜的建筑基础，建筑基础分为桩基础与箱型基础。在地质疏松的地方建造高层建筑，而地基本身的承载力不足的情况下，就可以采用桩地的建筑基础。它能够有效地将建筑物的承载力分散给坚实的持力层中去。在遇到建筑地土质不均并沉降的情况下，就可以采取箱型基础的建筑基础，它能够改善地质不均匀的现象，并能增强建筑物的抗震能力。 3.3选择合理的建筑主体结构建筑主体结构是存在在建筑空间的结构体系，在当前的建筑结构设计中，其局限性还相对较大。因此，需要强化概念设计，灵活应用概念设计的功能，坚持合理对称的原则，有效保证结构构件的稳定性。通过对建筑结构体系与各种力学之间的研究分析，将建筑主体结构做好合理布局，受力明确，抗震性好。选择合理的建筑主体结构能够在保证建筑结构稳定性的同时，节约工程造价。 3.4合理选择建筑结构的刚度