表面损伤对全复合材料车用天然气气瓶强度的影响

针对车用全复合材料天然气气瓶在使用中存在的一些表面损伤，利用有限元软件进行了表面损伤对全复合材料气瓶强度影响的研究。在某型全复合材料气瓶的几何构成及制造工艺的基础上，建立了分析的有限元模型。通过统计和分析表面存在的一些损伤，设计了相关的表面损伤类型以及尺寸，并进行了气瓶的强度分析。结果表明：①由于表面损伤的存在，使损伤处不能承受载荷，而与表面损伤相邻的内层纤维受力明显增加；②对于相同尺度的表面损伤，轴向表面损伤对气瓶应力的影响比周向表面损伤显著；③筒身上的损伤相对于其他部位表面损伤要安全。分析结果可为气瓶的强度设计以及检验提供有效的评价指标和方法。     

磨损对套管接头拉伸与内压强度的影响

采用弹塑性有限元方法 ,建立了套管接头磨损拉伸与抗内压的有限元力学模型。对套管接头处内壁不同磨损量时的抗内压强度和抗拉强度进行了计算分析 ,得出了磨损量与套管接头抗内压系数的定量数据和磨损量与套管接头抗拉系数的定量数据。同时 ,在不同磨损量下 ,分析了套管接头内VonMises应力和套管接头内的变形 ,所得出的抗内压强度系数kp和抗拉强度系数kt为磨损套管柱的强度设计和校核提供了定量的理论数据。     

油套管特殊螺纹接头结构参数对性能的影响

油套管特殊螺纹接头由球面/柱面型主密封结构、反向式台肩结构和螺纹连接部分组成,球面主密封面曲率半径r、主密封面的过盈量δ和台肩的反向角度θ等结构参数对接头的强度和密封性能具有重要影响.基于因数轮换法的基本思想,运用有限元数值仿真方法分别研究了结构参数r、δ和θ对油套管特殊螺纹接头的强度和密封性能的影响,结果表明,r越大接头密封性能越差,θ越大接头密封性能越好,δ越大则接头密封性能越好,但接头应力集中程度则会加重.     

特殊螺纹油管接头上扣性能三维有限元分析

特殊螺纹油管接头有限元分析多采用二维轴对称模型,不考虑螺纹升角,以主密封面与台肩处的渗透量模拟上扣时金属-金属间的过盈配合。该方法不能准确反映上扣时过盈量与扭矩的对应关系。鉴于此,考虑螺纹升角的影响,利用Abaqus软件建立了某特殊螺纹油管接头三维有限元模型,模拟分析了接头在最佳、最小、最大上扣扭矩下的上扣过程。分析结果表明,所建特殊螺纹接头模型加载扭矩曲线与标准上扣扭矩曲线基本相符;3种扭矩作用下,密封面与台肩环向路径上接触应力较大且分布较为均匀,螺纹啮合处虽有应力集中,但3种状态下最大等效应力远小于材料屈服强度且大小几乎相等;最佳扭矩拧紧状态下该型特殊螺纹油管接头具有最好的密封性能与足够大的连接强度。研究结果有助于深入了解上扣扭矩与密封性能和连接强度的关系。     

深水立管柔性接头疲劳特性研究

为了分析不同温度条件下深水立管柔性接头的疲劳特性,在建立深水钢悬链线立管有限元模型的基础上,计算了柔性接头工作时承受的应力,将立管截面处的轴力和弯矩时间-历程曲线带入柔性接头有限元模型的参考点处,通过预定义不同的温度场得到柔性接头橡胶元件的应变规律;同时将橡胶元件的应变带入等效应变法建立的疲劳损伤模型中,得到柔性接头橡胶元件的疲劳寿命。分析结果表明,柔性接头橡胶元件的最大应变发生在最上层橡胶的一端,在设计时应增强第1层橡胶的强度以延长柔性接头的使用寿命;当温度场在80℃时橡胶元件疲劳寿命最短,在设计和使用柔性接头时应避免橡胶元件处在这一温度场范围内。所得结论对柔性接头的设计和使用具有指导意义。     

锯齿形螺纹接头油管连接强度影响因素研究

通过有限元方法对锯齿形螺纹接头进行拉伸条件下破坏失效规律研究,同时对螺纹啮合长度和壁厚对连接强度的影响进行了分析,并通过全尺寸试验进行了验证。分析表明:锯齿形螺纹接头断裂强度高于滑脱强度,接头的拉伸失效破坏形式为断裂;螺纹啮合长度对锯齿形螺纹接头连接强度有较大影响;为了保证连接强度,应该上扣到位,保证螺纹啮合长度;管端壁厚和偏心对锯齿形螺纹接头连接强度有显著影响,建议应该控制最小壁厚和偏心度。     

双台肩钻具螺纹应力与密封性能影响因素分析

钻具连接螺纹接头强度和密封性能会对钻具的正常工作产生直接影响.为了保证油气开采顺利进行,有必要对钻具螺纹接头进行强度和密封性能分析.为此,以双台肩超高抗扭钻具连接螺纹为研究对象,考虑螺纹不对称性、螺旋升角以及主副台肩接触和螺纹齿面接触等因素,建立了包含进刀槽和退刀槽的钻具螺纹接头三维有限元模型.采用有限元分析方法开展了...     

石油钻杆公接头螺纹牙根部表面裂纹有限元计算

基于管螺纹连接的简化模型,采用三维有限元位移法,求解不同型号石油钻杆公接头螺纹牙根部具有不同形态的半椭圆表面裂纹在内压、弯曲、拉伸及扭转载荷下的应力强度因子。在大量有限元数值计算基础上,给出了包含接头螺纹结构参数及裂纹形态参数在内的应力强度因子的近似计算公式。     

石油钻杆接头表面裂纹应力强度因子三维有限元分析Ⅱ.母螺纹齿根带半椭圆表面裂纹

采用三维有限元位移法,求解不同型号石油钻杆接头母螺纹齿根部所具有的不同形态半椭圆表面裂纹在内压、拉伸、弯曲、扭转载荷下的应力强度因子.在大量有限元数值分析基础上,给出了包含接头母螺纹结构参数及裂纹形态参数在内的应力强度因子的近似公式.应用本文结果,可对带半椭圆表面裂纹的接头母螺纹作断裂与疲劳分析.     

非API规格偏梯形螺纹接头套管连接强度计算

通过对塔里木油田250.83 mm套管使用情况调研,发现目前使用的250.83 mm套管采用API 244.48 mm偏梯形螺纹接头,其连接强度远低于管体。设计了与250.83 mm套管管体匹配的250.83 mm非API规格偏梯形螺纹套管接头。通过力学计算和有限元分析,证实250.83 mm管体配250.83 mm非API规格偏梯形螺纹接头套管比现有250.83 mm管体配API 244.48 mm标准偏梯形螺纹接头的套管连接强度大幅度提高。通过对API标准套管接头连接强度公式进行分析,得出了既可满足API套管连接强度计算,又可满足非API标准套管接头连接强度计算的公式。     

NCS38气密封钻杆接头应力分析与结构优化研究

为适应更高的钻井环境要求,在NC38钻杆接头的基础上,设计了一种新型气密封钻杆接头NCS38。该新型接头设置了专门的径向金属密封结构以及辅助扭矩台肩,圆锥形密封面通过过盈配合实现密封,辅助扭矩台肩则可保护密封面。为了确定合适的密封锥度和密封过盈量,建立了NCS38接头的有限元模型,运用有限元方法进行了模拟计算。计算结果表明:不同的密封锥度和过盈量对密封面的密封性能和应力分布有较大影响,合理的锥度及过盈量参数可提高接头的密封性能。研究结果对于气密封钻杆接头的现场应用具有一定的指导作用。     

非API尺寸套管偏梯形螺纹接头设计

基于油田现场工况设计了φ206.38 mm×15.8 mmC110非API尺寸套管管体及非API偏梯形螺纹接头.对套管管体强度、螺纹接头连接强度和密封性能进行了计算分析.根据力学模型并利用有限元仿真分析方法,对螺纹接头在上扣、内压及拉伸条件下的受力进行了分析.最后对设计的螺纹接头的连接强度和密封性能进行了实物验证.结果...     

强度匹配对焊接钢管断裂韧性影响的有限元分析

为了研究焊接过程中强度匹配对焊接接头断裂韧性的影响,以弹塑性断裂力学理论为基础,基于细观塑性损伤模型,应用ABAQUS软件对大范围屈服条件下的全周向内裂纹管采用轴对称模型及基于小范围屈服的修正边界层模型（MBL）分别进行有限元模拟分析计算。研究结果表明:高配且匹配系数越高,焊接接头的断裂韧性及阻力曲线越高;随匹配系数增加,失配约束M减小,管子的断裂韧性增大;不同强度匹配引起的失配约束差异随裂纹扩展而增大。     

隔水管快速接头强度及疲劳参数敏感性分析

受到环境载荷的循环作用,钻井隔水管快速接头出现故障的最大原因来自疲劳裂纹的延伸,所以在快速接头设计中疲劳分析是重点考虑的环节。利用ABAQUS软件建立了隔水管整体和接头局部计算模型,将隔水管最大位移和最大转角作为强度计算的边界条件,得到接头在最大受载情况下的应力;然后根据雨流计数法、S-N曲线和Miner线性累计损伤准则来研究接头的疲劳损伤,并对影响疲劳损伤的因素进行参数敏感性分析。分析结果表明,接头应力不均匀,主要受力部位出现在外接头和内接头接触的根部以及2个卡簧上,内、外接头和卡黄的最大应力均小于其材料屈服强度;快速接头各零件的疲劳损伤均随着波高和土体刚度的减小而减小,波高和土体刚度对卡簧的疲劳损伤影响比对内、外接头的影响大。     

钻杆公接头台肩转角处表面裂纹有限元计算

论述应用三维有限元位移法，对不同型号钻杆公接头台肩转角处不同形态半椭圆表面裂纹在内压、拉伸、弯曲和扭转载荷下应力强度因子进行计算的方法。在大量有限元数值计算的基础上，给出包括公接头结构参数及裂纹形态参数在内的应力强度因子的近似计算公式。     

弯曲载荷下特殊螺纹油管接头应力有限元分析

利用Abaqus有限元软件建立了某特殊螺纹油管接头的三维有限元模型,分析了不同弯曲载荷下特殊螺纹油管接头的应力分布情况。结果表明:弯曲载荷对该型特殊螺纹接头的连接强度与密封性有一定的影响,而对连接强度的影响较大,随着弯曲载荷的增大各圈螺纹粘扣可能性就越大;弯曲载荷下密封面处接触应力相对于上扣作用下整体略有下降,受拉伸端台肩处由于存在间隙导致接触应力为零,但密封面处环向路径仍然保持了较高的接触应力。     

特殊螺纹石油套管接头密封结构优选

为了保证石油套管接头在高温、高压及强腐蚀工作环境下的密封完整性,采用金属对金属的密封方式代替橡胶密封。阐述了金属对金属密封的密封机理,根据厚壁圆筒弹性力学理论,推导出了石油套管接头锥形密封面最大过盈量的计算方法。利用有限元分析软件Marc建立石油套管接头的二维轴对称模型,分析了不同过盈量下密封面锥度和扭矩台肩角度对接头密封性能的影响,并对密封结构参数进行优化。采用有限元法与全尺寸试验相结合的方法验证石油套管接头在机紧、机紧+拉伸、机紧+拉伸+内压3种工况下的密封性能,结果表明该石油套管接头满足密封要求,在机紧+拉伸工况下接头的密封强度最差,设计时应优先考虑该工况。研究结果对特殊螺纹接头的开发和使用具有较高的参考价值。     

钻井液对钻杆接头冲蚀规律的试验研究

钻杆受到钻井液的冲蚀会有不同程度的损伤,若在钻杆接头部位出现冲蚀坑就可能使钻杆失效,引发钻井事故。鉴于此,通过试验分析了钻井液流量、粘度、密度、钻井液中固相颗粒体积分数及固相颗粒粒径对钻杆接头冲蚀量的影响规律。结果表明,钻井液密度对钻杆接头的冲蚀影响基本可以忽略;钻井液流量与粘度的增大会导致冲蚀量增大;固相颗粒是造成钻杆接头冲蚀的主要原因,固相颗粒体积分数的增大与粒径的减小均会导致冲蚀量增加。冲蚀量较大的位置在钻杆内外接头结合处、公接头与钻杆本体焊接后端台阶处以及公接头出口处。因此,应在强度等条件允许的情况下,改进钻杆接头部分的结构与尺寸,使流动平稳地过渡,防止因截面突变而引起涡流的产生或流速的加快,以尽量减少冲蚀量;在钻井过程中,应当采取切实有效的措施加强对固相的控制。     

三种套管接头抗压缩性能研究

针对套管接头抗压缩强度问题，使用全尺寸实物试验的方法对几种不同钢级、不同螺纹形式的套管接头的抗压缩强度进行了对比试验，并借助材料力学和有限元方法对试验结果进行了分析。实物试验中出现了管体失稳和接箍跳扣两种套管接头压缩失效形式。试验结果和分析结果表明，N80、P110钢级材料的压缩屈服强度高于拉伸屈服强度；偏梯形螺纹套管接头的压缩屈服强度比同钢级、同壁厚特殊扣螺纹套管接头低6.7%～7.7%；上扣是否到位，直接影响套管接头部分的抗压缩能力，上扣不到位的特殊螺纹套管接头的抗压缩性能甚至低于偏梯形螺纹接头。同时指出，为了保证上扣质量，不应使用浮动上扣方法，管柱设计中应进行抗压缩强度设计。     

油管特殊螺纹接头上扣后密封性仿真研究

针对服役于高温高压复杂井况下的油管特殊螺纹接头上扣后的密封性展开研究,利用有限元仿真的手段建立了油管接头上扣后多角度评价模型,经过对接头密封部位接触压力、密封积分强度、等效应力的计算,最终发现接头上扣后的密封状态良好,本次计算的理论参数可供油管接头结构设计提供指导价值。