Using computer simulation to aid the research of drilling processes

Drilling wells is one of the primary methods used for mineral exploration. Scientific studies have aimed at improving the technical and economic aspects of drilling because of the current competitive economic conditions. Note that the primary topic of these studies has been developing new effective rock-cutting tools. To design a new rock-cutting tool, a thorough, reliable, and accurate study of the processes that occur during drilling is necessary. During drilling, mechanical, hydraulic, thermal, and chemical phenomena, which are interdependent and affect the performance of a drilling tool, simultaneously occur; therefore, a systematic, integrated approach is required for studying drilling processes. Field-based and laboratory experiments are quite tedious to perform and require high material costs, and it is often not possible to separately evaluate small elements of the drilling model. Therefore, computer simulation is an important research tool that enables accurate and reliable visualization of even small parts of the model. The aim. The aim of this study is to examine the potential for computer simulation of the processes that occur during drilling. Objective. In this study, we evaluated the simulation features of various software products, such as KOMPAS-3D, ANSYS, Delphi, and LabVIEW, for their utility in studying the processes that occur during drilling. The possibility of computer simulation for studying drilling processes, including its advantages and disadvantages, are demonstrated. The results are obtained from a model that simulates a rock cutting tool. The main uses of the rock cutting tool are outlined, and the drilling simulation development is planned. Choice of research method. The study of the capabilities of existing modern software products, for use in drilling process research, is carried out by an analytical review method

Dynamic analysis of torsional discrete-continuous systems with position-dependent variable inertia

In the paper, dynamic investigations of multi-mass discrete-continuous systems torsionally deformed are performed taking into account the position-dependent mass moment of inertia of one of rigid bodies. It is assumed that the rigid body representing a motor moves with a variable velocity. An originally nonlinear problem is linearized, and the wave approach leading to solving equations with a retarded argument having variable coefficients is used for the solution. Exemplary numerical calculations are done for a three-mass system

Nieliniowe modele dyskretno-ciągłe w analizie niskich obiektów poddanych wymuszeniom kinetycznym wywołanym falami poprzecznymi

The paper deals with dynamic analysis of low structures subject to kinematic excitations caused by transversal waves when using nonlinear discrete-continuous models. The models consist of rigid bodies and elastic elements which undergo only shear deformations. In these models discrete elements with a damper and a spring of a nonlinear characteristic representing local nonlinearities can be included. In the study a wave approach is used, in terms of the wave solution of the equations of motion. Numerical calculations are performed for model with single, two, three or four rigid bodies. They focus on the determination of amplitudefrequency curves and investigation into the effect of local nonlinearities on displacements of selected cross-sections of elastic elements in the considered models.Praca dotyczy analizy dynamicznej niskich obiektów poddanych poprzecznym wymuszeniom kinematycznym wykorzystując nieliniowe modele dyskretno-ciągłe. Modele te składają się z brył sztywnych i elementów sprężystych poddanych tylko odkształceniom ścinającym. W modelach tych można uwzględnić dyskretne elementy ze sprężyną o nieliniowej charakterystyce reprezentujące lokalne nieliniowości. W rozważaniach zastosowano metodę falową, w której wykorzystuje się rozwiązanie falowe równań ruchu. Obliczenia numeryczne wykonano dla modeli z jedną, dwiema, trzema i czterema bryłami sztywnymi. Koncentrują się one na wyznaczaniu krzywych amplitudowo-częstotliwościowych i badaniu wpływu parametrów reprezentujących lokalną nieliniowość na przemieszczenia w wybranych przekrojach poprzecznych elementów sprężystych rozważanych układów dyskretno-ciągłych

Vibrations of discrete-continuous models of low structures with a nonlinear soft spring

In the paper discrete-continuous models with a local nonlinearity are proposed for the dynamic investigations of low structures subject to kinematic excitations caused by transverse waves. The models consist of rigid bodies and of elastic elements which only undergo shear deformations, while the local nonlinearity is represented by a damper and a nonlinear spring. It is assumed that the nonlinear characteristic of the spring is of a soft type. In the paper this characteristic is described by four nonlinear functions. In the discussion a wave approach is used. Numerical calculations are performed for the models with two, three and four rigid bodies for a harmonic kinematic excitation. They focus on the investigation of the effect of the local nonlinearity expressed by various functions on displacements of selected cross-sections of the elastic elements in the considered models, and on the determination of the application ranges of these functions.Drgania dyskretno-ciągłych modeli niskich konstrukcji ze sprężyną o nieliniowej charakterystyce typu miękiego. W pracy przeprowadzono badania dynamiczne niskich obiektów poddanych wymuszeniom kinematycznym wywołanych falami poprzecznymi przy wykorzystaniu dyskretno-ciągłych modeli z lokalną nieliniowością. Modele złożone są z brył sztywnych i elementów sprężystych poddanych tylko odkształceniom ścinającym, natomiast lokalna nieliniowość reprezentowana jest przez dyskretne elementy z nieliniową sprężyną. Założono, że nieliniowa charakterystyka sprężyny jest typu miękkiego. W pracy charakterystykę tę opisano za pomocą czterech funkcji nieliniowych. W dyskusji wykorzystano podejście falowe. Obliczena numeryczne wykonano dla modeli z dwiema, trzema i czterema bryłami sztywnymi przy wymuszeniu kinematycznym opisanym funkcją harmoniczną. Koncentrują się one na zbadaniu wpływu lokalnej nieliniowości, wyrażonej przez cztery różne funkcje, na przemieszczenia wybranych przekrojów poprzecznych elementów sprężystych w rozpatrywanych modelach, oraz na wyznaczeniu obszarów stosowalności przyjętych funkcji nieliniowych

Drgania skrętne układów dyskretno-ciągłych z lokalną nieliniowością o charakterystyce typu miękkiego

The paper deals with nonlinear vibration problems of multi-mass torsionally deformed mechanical systems. The systems consist of shafts connected by an arbitrary number of rigid bodies. In the systems, a local nonlinearity having a nonlinear characteristic of a soft type is introduced. The local nonlinearity is described by functions including irrational functions together with two other nonlinear functions. In the considerations, the wave approach is applied. Numerical analysis is focused on the investigation of the influence of the local nonlinearity on the behaviour of considered systems and on the determination of application ranges of the irrational functions. Exemplary numerical calculations are given for a three-mass system.W pracy rozpatrywane są nieliniowe drgania wielomasowych układów mechanicznych odkształcanych skrętnie. Układy te złożone są z wałów połączonych dowolną liczbą brył sztywnych. W układach tych uwzględniono lokalną nieliniowość z charakterystyką typu miękkiego. Lokalna nieliniowość opisana jest za pomocą funkcji za- wierających funkcje niewymierne oraz za pomocą dwóch innych funkcji nieliniowych. W rozważaniach wykorzystano podejście falowe. W analizie numerycznej skoncentro- wano się na zbadaniu wpływu lokalnej nieliniowości na zachowanie się rozpatrywanych układów oraz na wyznaczeniu zakresów zastosowania funkcji niewymiernych. Przykładowe obliczenia numeryczne dotyczą układu trzymasowego

Drgania skrętne układów dyskretno-ciągłych z lokalną nieliniowością o charakterystyce typu twardego

In the paper, nonlinear vibrations of torsionally deformed multi-mass mechanical systems are studied. The systems consist of shafts connected by an arbitrary number of rigid bodies together with a local nonlinearity having the characteristic of a hard type. It is proposed to describe this characteristic by irrational functions. In the considerations, an approach using the wave solution to equations of motion is applied. Detailed numerical calculations are given for a two-mass and a three-mass system. They focus on nonlinear effects in the considered systems.Praca dotyczy nieliniowych drgań wielomasowych układów odkształcanych skrętnie złożonych z wałów połączonych bryłami sztywnych. W układach tych uwzględniono lokalną nieliniowość o charakterystyce typu twardego. Nieliniowośc ta została opisana za pomocą funkcji niewymiernych. W rozważaniach zastosowano podejście wykorzystujące rozwiązania falowe równań ruchu. Obliczenia numeryczne wykonano dla układu dwumasowego i układu trzymasowego. Skoncentrowano się w nich na efektach nieliniowych w rozpatrywanych układach