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石油井下工具虚拟设计仿真平台的实现

发表时间: 2015/2/26 作者: 常玉连*边城*李翠艳*邵守君*李鑫磊 来源: 互联网
结合三维造型软件SolidWorks和可视化的编程工具Visual Basic 6.0,开发了“石油井下工具虚拟设计仿真平台”,提供了井下工具的模型建立,模型装配、有限元分析、仿真等基本操作和计算。将程序的集中控制能力、数据库的集成管理能力和三维虚拟设计仿真相结合,实现了井下工具初步设计阶段产品模型的信息化集成设计与管理。
 

    4.1 井下工具浏览模块

    井下工具浏览模块是井下工具参数化模块的基础,模块利用OLE技术将SolidWorks对象嵌入到系统中。用户不需要进入SolidWorks系统,就可以对自己需要修改的零部件模型进行浏览、放大、缩小甚至修改等操作,对零部件模型有直观的了解,初步了解零部件的建模过程和特征,以加快下一步修改零部件参数的速度。

    4.2 井下工具参数化模块

    井下工具参数化模块是系统核心模块,模块运用系统开发的原理及关键技术实现井下工具关键零部件重要参数的修改、零部件虚拟装配、工程图自动生成与人工调整以及重要零部件的有限元分析等功能。本模块又可细分成以下几个主要功能模块:

    (1)参数化建模模块

    该模块是平台的关键模块,从种类繁多的井下工具形状特征和功能特征入手,选择合理的对象模型,对关键尺寸进行参数化处理,以特征尺寸的改变驱动模型形状的改变。达到参数化设计井下工具的目的。

    (2)装配体建模模块

    利用该模块可以很方便的实现在SolidWorks新建装配体,插入零部件并对零部件进行组装等操作,虚拟装配出各种型号的封隔器,打捞器等井下工具,装配过程方便快捷。

    (3)创建工程图模块

    该模块可谓是三维CAD系统与二维CAD系统的有机结合转化的典范,在SolidWorks中创建的虚拟零件或装配体模型,通过该模块可以很方便的生成autoCAD文件。转化形式也分两种,即“自动创建autoCAD文件”和“半自动创建autoCAD”两种形式,前者无需用户干预可自动生成autoCAD文件,后者允许用户按照自己的意愿修改SolidWorks工程图版面,之后转化生成autoCAD文件格式。

    (4)有限元分析模块

    该模块集成了有限元分析的思想,对模型进行简单的有限元分析,初步计算模型的强度,应力、应变特性,为后续评估模型做好铺垫。

    (5)虚拟仿真模块

    该模块系统突破了参数化的一般思路,独创运用循环迭代思想参数化关键变量,对井下工具的运动路线及工作状态进行动态模拟,并适时以数据形式反馈工作状况,如井深、周围温度、压力、关键零部件的应力等数据,初步实现井下工具的动态仿真操作。

    (6)辅助功能模块

    该模块集成了设计过程中常用的辅助操作,比如模型视图旋转、文档资料保存、打印、输出等,随着对该平台系统理解程度的加深,今后可以随时补充合理实用的辅助功能。

    4.3 帮助系统模块

    帮助系统主要对平台的特点、功能和使用方法提供必要的解释和说明。它是Windows环境下用编程的方法编制的帮助文件,利用Windows本身提供的程序来打开帮助文件,使帮助系统界面具有统一的Windows符合Windows程序设计要求,方便用户使用。

5 应用实例

    平台的主体界面如图6所示,以水力扩张式封隔器建模为例,依次点击平台上的“上接头”,“下接头”,“中心管”“胶筒”等按钮,参数化生成三维模型,经自动装配模块装配后得到的模型如图7所示。

井下工具设计仿真平台主界面

图6 井下工具设计仿真平台主界面

水力扩张式封隔器装配模型

图7 水力扩张式封隔器装配模型

    装配后的模型可以在仿真模块中模拟井下环境进行虚拟仿真,并适时以数据形式反馈模拟信息,如图8所示。

水力扩张式封隔器仿真模型

图8 水力扩张式封隔器仿真模型

6 结论

    本文设计开发的井下工具虚拟设计仿真平台,在设计过程中能对三维井下工具模型进行可视化修改,出现问题可以迅速地查出和解决。对工程数据进行管理,对于各种分析模型的工具提供检索出的数据信息,由系统通过分析程序选择和设计以确保其优化处理。本研究对实现井下工具设计制造数字化、信息化、集成化具有理论和应用意义。




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责任编辑:程玥