螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿起下钻轴向接触分析

针对螺杆钻具瓣形万向轴起下钻时出现的瓣齿相互滑脱问题,对瓣齿轴向受力特征进行理论分析,讨论了瓣形万向轴的主要失效形式及失效原因。应用ANSYS分析软件,通过设置瓣齿面-面接触对,利用接触分析中的瞬态动力学分析方法模拟瓣齿滑脱情形,得到瓣齿滑脱临界状态变形图和应力等值线云图,应力计算结果与理论分析结果基本一致,瓣齿滑脱临界点的最大轴向拉力与试验数据误差为2.4%。因此,接触分析可作为瓣形万向轴结构设计和强度校核的理论方法。     

螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿压扭组合强度分析

瓣形万向轴是连接螺杆马达转子和传动轴的中间构件,也是螺杆钻具的易失效件之一.针对瓣形万向轴常见的失效形式,结合实际工况,对瓣形万向轴承受轴向压力和扭转组合栽荷时瓣齿的受力特征进行了分析,讨论了瓣形万向轴的两种主要失效形式,并分析了啮合位置参数对万向轴失效形式的影响.最后应用ANSYS分析软件对瓣形万向轴承受压扭组合栽荷时瓣齿的强度进行了校核,校核结果与理论分析结果基本一致,为今后瓣形万向轴的结构设计和强度校核提供了理论依据.     

螺杆钻具中的齿瓣式万向轴

目前，国内生产使用的万向轴均为化瓣式万向轴，其结构简单、加工速度快，但其寿命极短，成为制约螺杆钻具寿命的关键部位。现文以合理受力为依据，设计了与花瓣式万向轴截然相反的线型，称齿瓣式万向轴，其合理的受力、耐磨性及工艺处理使寿命成倍提高。现场使用表明，齿瓣式万向轴成为螺杆钻具中寿命最长的部件。     

螺杆钻具万向轴花瓣运动干涉仿真分析

螺杆钻具万向轴花瓣的失效多数是由于磨损严重导致的。为了研究瓣齿装配间隙对齿面磨损的影响情况,根据花瓣割缝的轨迹建立了完整的三维模型,利用Pro/E中的运动仿真对瓣齿进行转角分析。通过干涉分析得到花瓣运动过程中的偏角数据,并结合万向轴的偏心距和挠心距确定了合理的装配公差。分析结果表明:花瓣装配间隙超出公差范围会使瓣齿在运动中磨损过快,缩短使用寿命;为了防止瓣齿磨损过快,必须合理控制万向轴的装配间隙。     

多轴交变载荷下套管长圆螺纹疲劳失效分析及寿命预测

在下套管以及压裂作业过程中,套管螺纹在多轴交变载荷作用下极易发生疲劳失效,影响施工进度。针对该问题,通过有限元方法,利用Abaqus软件建立套管长圆螺纹有限元模型,对上扣后套管螺纹在拉伸、压缩、内压力等多轴交变载荷作用下的应力、应变进行了分析,并基于Mises屈服准则的寿命评估法对套管螺纹在多轴交变载荷下的寿命进行计算。研究表明;在拉伸、压缩、内压力等多轴交变载荷作用下,套管螺纹上最大应力都出现在公扣大端5扣齿底处;在轴向拉伸、压缩交变载荷作用下螺纹疲劳寿命仅为1 298次,内压力为46、66、100 MPa时,螺纹疲劳寿命随内压力增加呈现递减趋势,分别为1 094、1 050、901次。该研究结果对致密油等非常规油田在压裂过程中套管螺纹失效分析具有参考意义。     

螺杆钻具球铰接万向轴失效分析

螺杆钻具的最薄弱部件为万向轴,万向轴结构有花瓣式、球铰接式、挠轴式3种形式。对球铰接万向轴进行受力分析,主要承受轴向力、转矩、交变应力等,容易发生失效。利用现场失效拆解、转矩试验、有限元分析等方法论述了球铰接万向轴的失效形式,其失效形式包括轴断裂、螺纹断裂、密封失效、磨损失效等,并针对不同失效形式提出优化方案。     

万向轴的运动和受力分析及弯壳体内孔偏移量计算

万向轴是连接马达转子和传动轴的中间构件。了解和掌握万向轴的运动特性和受力特征,以及弯壳体相对于直壳体产生的偏移量的计算,对正确设计弯壳体导向螺杆钻具是非常必要的。文中阐述了瓣型万向轴的运动与受力特征,对瓣齿进行了强度分析,并给出了单弯壳体与反向双弯壳体不同结构形式下的内孔偏移量计算公式。     

螺杆钻具万向轴故障树模型及花瓣强度分析

针对螺杆钻具中易发生失效的万向轴部分,应用故障树分析方法对其可靠性进行了研究。建立以万向轴总成失效为顶事件的故障树模型,采用"上行法"定性分析了故障树的14个最小割集。利用有限元法对压扭组合作用下的花瓣式万向轴进行了强度分析,分析结果表明,花瓣的根部和最小截面处为高应力区,最易发生断裂失效。通过与现场失效实例对比,验证了有限元分析方法的正确性。     

可控弯接头变异万向轴和轴承的强度模拟分析

为了促进我国旋转导向钻井技术发展,对智能型井下闭环旋转导向工具——可控弯接头的结构和工作原理进行了介绍,并用ANSYS软件对旋转导向钻井工具中的变异万向轴和推力轴承进行了研究,分析了推力轴承、滚子和变异万向轴的相互作用及应力分布情况。分析结果表明,接触配合中危险区域的最大应力为234 MPa,发生在轴承上与滚子接触的球窝边缘部分,与赫兹理论相符;变异万向轴和推力轴承都能较好地满足强度要求。     

定向井涡轮钻具万向轴下接头强度研究

针对新型定向井涡轮钻具万向轴下接头的结构特点，采用８～２１节点空间曲边实体单元对其进行了有限元分析。按叠加原理，分扭矩作用（边界条件取反对称）和轴力作用（边界条件取对称）两种工况计算。通过多种载荷分布形式的试算，得到了接触面间的载荷分布形式。分析应力计算结果，找出了危险点的位置及应力值。用三维光弹实验证了计算的正确性。图６参４     

弯曲载荷下隔水管特殊螺纹接头参数与应力关系研究

针对海洋环境中隔水管存在较大弯曲载荷的情况,采用有限元软件ANSYS对隔水管最易失效的特殊螺纹接头建立了三维接触有限元模型,得到了在弯曲载荷作用下螺纹接头的应力分布。结果表明:最大应力出现在接头本体拉伸侧的第1圈或最后1圈螺纹的根部;接头本体拉伸侧与压缩侧的螺纹根部应力分别与环向角近似成1/2个正弦波函数关系。在此基础上进一步分析了壁厚、螺高、螺距、螺纹圈数和锥度等参数对螺纹处最大等效应力的影响,为隔水管特殊螺纹接头的设计与优化提供了理论依据。     

基于ANSYS的焦炭塔动力学分析

利用ANSYS软件建立了焦炭塔应力场分析的有限元模型,结合风载、地震载荷等对焦炭塔进行了分析,计算了各工况下焦炭塔的应力与强度。利用有限元模型对焦炭塔操作过程各阶段的载荷进行了分析计算,结果表明,焦炭塔在风载与地震载荷下能够安全平稳运行。     

适用于弯曲井段的高效密封钻杆接头研究

API标准钻杆接头的应力极值较大,应力集中现象比较严重,容易发生疲劳失效,为此设计了新型钻杆接头结构。在准确测定摩擦因数的基础上,利用有限元分析软件MSCMarc对2种结构的钻杆接头在受扭矩、扭矩+拉伸载荷及扭矩+压缩载荷作用下产生的不同变化进行了比较分析。结果表明,新型结构在保持与普通API接头具有相当的连接强度时,还显著提高了接头的抗扭性能,而且其密封性能优于API标准接头,不容易发生胀扣和刺漏等失效事故;与API标准钻杆接头相比,新型结构更适用于大扭矩、弯曲载荷的高压及超高压等复杂的油气井中。     

螺杆钻具挠性轴结构改进分析

通过对现有某型号螺杆钻具挠性轴的结构尺寸分析,建立了挠性轴受力分析的有限元模型。有限元分析结果发现:原始挠性轴过渡区结构不合理,在过渡区存在应力集中现象。研究了挠性轴过渡区倒圆半径与应力集中系数的关系,得出了挠性轴上过渡区倒圆半径大于150mm时,可以消除应力集中现象的结论;同时研究了挠性轴直径、长度结构变化与提高挠性轴寿命的关系,提出了螺杆钻具挠性轴结构改进的3种可行方案,这3种方案均可消除挠性轴上的应力集中,为挠性轴寿命的提高提供了理论依据。     

丛式井双井节能抽油机机架结构稳定性分析

运用有限元软件ANSYS建立了双井抽油机机架结构有限元模型,对该模型进行了静力分析,结果表明强度足够安全。同时利用该软件提供的线性及非线性屈曲分析方法,对机架结构进行了整体稳定性数值分析。结果表明,机架整体结构不会发生失稳破坏,而且非线性屈曲分析可以更准确地计算出结构的临界载荷。     

复杂载荷作用下的椭圆封头-接管连接加强结构设计

在对椭圆封头上接管载荷状态分析的基础上,对椭圆封头和接管的连接加强结构提出了几种结构设计方案;然后对所有设计的几种连接加强结构,应用有限元方法建立计算模型,应用ANSYS软件进行了应力计算,得到了几种连接加强结构的详尽应力场;在对应力计算结果分析的基础上,对所设计的几种结构,从结构的强度、材料的节省以及加工制造的难易等几方面进行了综合的分析和对比,最终给出了一个安全、经济和制作简便的封头-接管连接加强结构。     

螺纹参数公差对油管螺纹连接强度的影响分析

用弹塑性有限元法建立了圆螺纹油管接头接触问题的有限元模型,利用ANSYS大型有限元分析软件,对不同油管螺纹参数偏差的油管接头机紧连接和承受拉伸载荷作用工况的应力应变进行了数值计算。计算结果分析表明,油管各螺纹参数偏差不改变油管发生强度破坏的螺纹牙齿位置;不同的螺纹参数偏差对油管螺纹的连接强度影响不同,螺距公差、牙型角上偏差及齿根高下偏差对油管螺纹连接强度的影响较大。给出了各螺纹参数偏差对油管螺纹连接强度影响程度的排序,为油管螺纹的质量检测和油管断裂失效分析提供了一定的理论依据。     

插扣型快开盲板耦合应力分析

根据盲板结构及载荷特点,建立周期性边界备件力学模型,利用ANSYS有限元分析软件对结构进行热-应力耦合分析。在取得线性化应力分析结果的基础上,依据JB4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》,选取不同路径对插扣型快开盲板进行强度校核,结果表明强度满足要求。