潛孔沖擊器工作原理:活塞上下運動，下行時沖擊鉆頭尾部，鉆頭頭部合金齒與巖石接觸，傳遞壓力至巖石，巖石被擠壓產生裂紋，鉆頭在鉆機帶動下旋轉，旋轉中有裂紋的巖石被切削下來。工作中活塞工作頻率很高，常出現早期斷裂，設計潛孔沖擊器時，大家對活塞的設計和制造倍加關注，進行沖擊器的活塞與鉆頭動力分析非常必要。

    然而、活塞、鉆頭和巖石之間是沖擊波，沖擊應力計算很復雜，精確度不高，Ls-Dyna的出現給沖擊器的活塞與鉆頭動力分析帶來了方便，通過分析對活塞的設計和制造提供了理論依椐。

Ls-Dyna是功能齊全的幾何非線性、材料非線性以及摩擦和接觸分離等界面狀態的非線性程序，凡是涉及接觸碰撞、爆炸、穿甲、應力波傳播和金屬加工等問題都可以求解， Ansys中綜合了Ls-Dyna。 Ansys/Ls-Dyna計算更為方便和精確。

進行活塞與鉆頭動力分析簡述如下:要有:活塞尺寸;鉆頭尺寸;巖石塊尺寸，活塞速度。

計算時使用APDL程序文件，該文件操作者自己編制。關鍵是編制APDL程序文件，完成編制則完成大部分工作量，其他工作由Ansys/Ls-Dyna軟件完成。

整體計算過程:

一.APDL文件:編制情況簡述:

有限元計算要有數學、力學、有限元理論、工程科學、軟件操作和工程經驗，必須對整個計算過程細節進行詳細考察，對軟件的適用范圍、計算精度、有限元模型的網絡劃分精度、材料參數、邊界條件及初始條件搞準、否則可能出錯，濫用是危險的做法，會得出錯誤的結果。

步驟如下:

1.定義工程名稱屬性和采用國際單位制。

2.定義單元類型、材料與實常數:

(1).活塞、鉆頭、巖石的單元類型都為SOLID164 .

(2).輸入活塞、鉆頭、巖石的材料參數:彈性模數、密度、泊松比。

3.建立實體模型，將實體模型剖成為1/4計算。

  4.劃分網絡:應用LMESH.AMSEH.VMESH等命令進行，得到單元(EIement)與節點(Node)信息。

5.定義初始條件與邊界條件:

活塞V=2(米/秒)，

活塞、鉆頭單元為激活狀態.

邊界條件:活塞在缸內運動、鉆頭直線移動、巖石不動。

6.定義接觸

接觸類型:點-面接觸

靜摩擦糸數FS=0.動摩擦糸數FD=0.指數哀減系數DC=0.臨界粘性阻尼系數VDC=0.

接觸時間0-100000s范圍內

接觸剛度=0.1.剛性盾罰因子=0，接觸面初始穿透檢查

接觸不考慮單元厚度，接觸剛度選擇

不考慮接觸過程殼厚改變，接觸表面節點號自動定位

接觸面穿透深度增量=4，不穿透檢查

7.定義求解參數

終止時間、.RST文件的輸出時間間隔、.HIS文件的輸出時間間隔、輸出節點接觸力、

輸出合成界面接觸力、輸出材料能量計算結果、保存數據庫文件等.

8.進入求解器，輸出K文件.

例如:本段APDL文件

/SOLU                             !進入求解器

EDWRITE,LSDYNA,'hzI','K',''       !輸出關鍵字K文件"hzI-a" 

FINISH  

/EXIT,NOSAV 

二. 進入Ansys Product Lauhcher 點Run入計算界面，輸入APDL文件，輸出'hzI','K'，等等文件。

設置后點Run

在上圖輸入APDL文件進行計算
輸出的'hzI','K'關健字文件:

*KEYWORD

*TITLE

                                                                                

$

*DATABASE_FORMAT

         0

$

$

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

$                               NODE DEFINITIONS                               $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

$

*NODE

       1 2.763858238E-01 0.000000000E+00-2.015522373E-02       0       0

                          此處大量文件，現省略，僅留頭、尾。

--------------------------------------------------------------------------------------------------

  2489      2490      2491      2492      2493      2494      2495      2496

      2497      2498      2499      2500      2501      2502      2503      2504

      2505      2506      2507      2508

*INITIAL_VELOCITY_GENERATION

         6         3  0.00      2.00      0.00      0.00    

  0.00      0.00      0.00      1.00      1.00      1.00             0

*END

關健字文件可進一步補充和修改。有了關健字文件，給今后重新計算類似程序提供了方便，可直接修改，進入Ls-Dyna solvor工作，節省了時間和提高工作效率。

三. 進入Ls-Dyna solvor輸入關健字文件'hzI','K'，輸出d3plot等等文件等。

四.后置處理:將d3plot輸入LS-PREPOST軟件得出結果，輸出應力云圖，節點速度，接觸力-時間曲線，位移-     時間曲線等等。

LS-PREPOST軟件

正如前述，錯誤的APDL文件，濫用是危險的做法。下面是邊界條件出錯的圖。

有些錯誤的APDL文件，還會導致不能計算，有的可計算，但結果與實際情況不符。

    五.通過多次計算，得出結論:

    1.活塞速度越大、沖擊應力加大。

    2.沖擊應力最大位置集中在活塞與鉆頭接觸面幾十毫米的活塞端。

    3.活塞臺階越多，臺階尺寸相差大，應力加大。

    4.有園角過渡的活塞，應力小一些。

    5.在應力最大處附近的內外直徑表面一定要光滑。