钻铤螺纹的有限元分析及应力分散槽优化设计

针对钻井技术进步带来的井下钻铤的服役条件更加苛刻、失效更加严重的问题,对钻铤螺纹失效问题进行了深入分析,找出引起钻铤螺纹失效的主要原因和失效的关键部位,利用大型三维实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS分别对API标准钻铤螺纹进行实体建模和强度分析,得出了钻铤螺纹在不同工况、不同结构条件下的等效应力分布情况,并对ZTNC56-80型钻铤螺纹应力分散槽进行了最优化研究,找出了其最优值,并指出应力的变化与过渡圆角变化不是线性对应关系,在改进钻铤螺纹应力分散槽结构时,不能单纯以增大结构过渡圆角为手段,从而为改进钻铤螺纹应力分散槽结构提供了科学依据.     

钻具接头螺纹应力分析与结构优化

石油钻具接头螺纹是发生钻具失效事故的主要部位.针对钻具接头螺纹失效问题,以41/2 in钻杆接头为例,参照API SPEC 7推荐的三种类型钻杆螺纹接头及非API标准H90型螺纹接头,建立有限元模型,在标准上扣扭矩、相同载荷及边界条件下对其进行力学分析,得出4种不同扣型接头螺纹的应力分布,以此为基础提出新的结构优化.     

用盲孔法测量Ф158.8mm钻铤内螺纹端残余应力

采用盲孔法测量直径为158.8mm的2个不同生产厂家的钻铤内螺纹端的轴向和径向残余应力,得到残余应力沿钻铤内螺纹端轴向和径向的分布模式,并对不同方向上残余应力的分布进行分析.为提高钻铤的使用性能,降低钻铤失效的概率,建议测定成品钻铤的残余应力;油田在制定订货补充条件时,应该对残余应力提出相应的要求.     

用盲孔法测量φ158.8 mm钻铤内螺纹端残余应力

采用盲孔法测量直径为158.8 mm的2个不同生产厂家的钻铤内螺纹端的轴向和径向残余应力,得到残余应力沿钻铤内螺纹端轴向和径向的分布模式,并对不同方向上残余应力的分布进行分析.为提高钻铤的使用性能,降低钻铤失效的概率,建议测定成品钻铤的残余应力;油田在制定订货补充条件时,应该对残余应力提出相应的要求.     

轴向载荷对套管螺纹连接应力的影响分析

针对深井和大位移井中套管存在很大的轴向拉伸和压缩载荷的情况，采用有限元方法对套管柱中最薄弱的螺纹接头部分进行了分析计算，研究了API长圆螺纹套管在轴向拉、压载荷作用下，螺牙面的接触压力和应力分布规律，结果表明：API长圆螺纹套管接头最大接触压力出现在公扣的根部，并且4扣的接触压力和应力较大，最有可能发生粘扣和屈服破坏。对在深井、大位移井中正确选用API长圆螺旋套管，减少套管连接部位失效事故的发生具有重要意义。     

气体钻井预防钻具失效分析

气体钻井具有自身特点,气体钻井钻具受高速流体冲蚀作用,钻具磨损严重,空气锤反馈的冲击波使钻具接头螺纹容易断裂,气体钻井钻具频繁失效进而影响钻进速度,增加钻井成本。基于岩石力学和气固两项流理论,对气体钻井钻具受流体冲蚀进行分析 ,建立了环空混合物返速模型,实例计算回压对环空返速的影响。为避免钻具受高速流体冲蚀,应使环空混合物返速介于最小携岩速度和临界冲蚀速度之间。基于力学理论,提出增大井口回压的方法,推导出钻具接头螺纹在预紧力作用下的变形协调方程,应用有限元对钻具螺纹进行应力分析,找出钻具螺纹接头各螺纹牙载荷的分布规律,得出螺纹应力集中区,给出预防钻具失效提高螺纹强度的措施。     

工艺因素对过热器/再热器异种钢焊接接头残余应力的影响

工况下运行的异种钢接头易沿焊缝界面开裂而发生早期失效．本文对小直径钢１０２／Ｉｎｃｏｎｅｌ８２／ＴＰ３４７Ｈ异种钢管、不同坡口角度与不同热处理制度下接头中的焊接残余应力进行了实测,结果表明对适用于现场焊接且可延长接头寿命的改进型坡口并不会增大焊接应力,提出在工况温度下接头中的焊接应力并不能很快衰减、焊后热处理可显著地降低该种异种钢接头中焊接应力的观点．     

工艺因素对过热器／再热器异种钢焊接接头残余应力的影响

工况下运行的异种钢接头易沿焊缝界面开裂而发生早期失效。本文对小直径钢１０２／Ｉｎｃｏｎｅｌ８２／ＴＰ３４７Ｈ异种钢管、不同坡口角度与不同热处理制度下接头中的焊接残余应力进行了实测。结果表明对适用于现场焊接且可延长接头寿命的改进型坡口并不会增大应力,提出在工况温度一接头中的焊接应力并不能很快衰减、焊后热处理可显著地降低该处异种钢接头中焊接应力的观点。     

叶盘结构振动应力数值预测方法研究

给出了叶盘结构振动应力数值预测方法.首先计算了协调叶盘结构在设计转速下、气动力作用下的振动应力,然后根据错频方案,研究了叶盘振动特性,对其振动应力进行预测,并对不同错频方案的计算结果进行了对比分析.认为错频对振动应力的影响正比于其对振动位移(振幅)的影响,可以从系统最大位移的角度来评估叶盘转子失效的风险.     

焊缝宽度对对接接头疲劳强度的影响

基于建立的Q235A钢对接接头3D实体模型进行有限元分析,模拟焊缝宽度对焊缝对接接头疲劳强度的影响. 使用ABAQUS CAE软件建立8种不同焊缝宽度几何模型,对模型进行网格划分并计算结构应力. 基于网格不敏感结构应力法分析对接接头的应力,使用ABAQUS软件中Fe-safe模型进行疲劳寿命预测. 模拟结果表明:对接接头焊缝的疲劳性能先随焊缝宽度增大而增强,随着焊缝宽度的继续增大,疲劳性能反而有逐渐减弱的趋势.     

磨削残余应力产生机理的研究

本文对现行磨削残余应力产生机理的假说进行了归纳分析,在此基础上,对磨削过程和法向磨削力对磨削残余应力的影响进行了试验研究,详细探讨了磨削残余应力的产生机理,提出了磨削过程中的约束越多加工残余应力越大及砂轮材料扩散到工件表面层可以提高加工残余压应力的新观点,并对残余应力的平衡机理给出了新的解释.     

净酒罐爆破事故分析

本文阐述了对净酒罐爆破事故的调查与计算。指出选材不当,焊接的局部缺陷造成局部应力过大,多次应力循环而致脆性断裂。     

接触应力一种新的测定方法

工程式上各种构件的接触应力，无论采用哪种计算方法，均作了一定的简化，因此计算结果与实际的接触应力有一定差异。本文是实验室用直按贴片法测定一对相接触圆柱体的接触应力，对工厂正在运行的两台生产设备进行了现场测试，证明了该法的可行性。     

对《材料成形技术基础》教材中所谓应力平衡问题的一点看法

根据有关力学理论,《材料成形技术基础》教材中在焊接结构内部拉应力和压应力总是保持平衡的"说法是不科学的,应该为:在平板焊接结构任一垂直于焊缝方向的截面上,拉应力和压应力对各自的作用面积积分后所得到的内力相互平衡."并举例进行分析.     

残余应力的产生和对腐蚀开裂的影响研究

分析了机械零件残余应力的产生原因和应力腐蚀开裂的基本条件,通过实验论述了残余应力对腐蚀开裂的影响,为控制已加工表面的残余应力提供了理论依据．     

平面应力状态下主应力方向的判断

本文提出了用解析法求解平面应力问题时，主应力方向的一种简易判断的方法，并用应力圆加以证明。     

平面应力状态斜截面上应力复数表达式及应用

把平面应力状态斜截面上的应力公式用复数形式表达，并用其进行应力分析，兼有解析法和图解法的优点。     

柔性注压锚杆应力及许用拉拔荷载的确定

柔性注压锚杆是一种新型锚杆,通过对其建立力学模型,导出了锚杆体纵向、环向和切向应力分量的公式。应用强度理论,建立了锚杆体中钢丝、高弹性橡胶及胶合面的强度条件,得出锚杆的最大许用拉拔荷载。这些结果可为该新型锚杆的结构设计、尺寸参数选择与试验提供参考依据。     

应力水平对动物骨折愈合影响的实验研究

为了观察应力水平对骨折愈合的影响,十五只山羊被分成三组,对其中两组动物在其胫骨或股骨中段作手术骨折,并分别用接骨板内固定及新设计的具有自动加压功能的内固定器同定,另—组为未作骨折的对照组。手术后经120天及180天将动物处死,取骨折部位骨试件进行生物化学、物理及力学性质测试。结果表明,新设计内固定器在一定程度上减小了对轴向压力的应力遮挡效应,加速骨折愈合。     

爆破载荷作用下混凝土边坡动力响应数值分析

根据爆炸力学原理,利用有限元分析软件ANSYS对爆破载荷作用下混凝土边坡应力状态进行数值模拟,将所得混凝土边坡应力场分布结果与实验室试验结果进行对比分析,得到爆炸应力波在混凝土边坡中的传播规律。