超高压脉冲阀螺纹连接强度分析

高压聚乙烯装置超高压脉冲阀连接螺柱工作不到400个循环便断裂失效。为了校核其所有螺纹连接强度的安全性,对进出口连接螺栓、阀座连接螺纹、密封填料函螺纹进行了受力计算;对螺栓孔在拉力作用下进行了有限元应力分析;对阀体在工况作用下进行了有限元位移分析;还对螺柱材质、螺柱分布及螺柱上紧操作的影响进行了分析。结果表明,螺栓强度不足以及阀体在运行中存在垂直于螺栓轴线的位移是其断裂的主要原因。增大进口法兰螺柱直径是提高螺纹连接强度的较好措施。     

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。     

钻铤螺纹应力分析及结构优化

在钻井过程中，经常发生下部钻具组合断裂失效事故，其主要失效部位是在钻铤薄弱部位——螺纹连接处，由于螺纹类型复杂，过渡部位易发生应力集中，造成钻具疲劳断裂破坏。针对钻铤断裂事故，建立了常规钻铤螺纹连接部位3种螺纹类型的有限元模型，并采用线弹性有限元方法分析了不同模型在不同钻压条件下的应力分布情况，同时对使用API标准应力减轻槽的钻铤螺纹连接部位进行了结构优化设计。在设计中以螺纹连接处两个过渡圆角半径R1、R2为设计变量，分析了在一定条件下不同尺寸的R1、R2所对应的螺纹连接处应力分布情况。对比分析可知，在满足钻铤强度条件下，改进的螺纹应力减轻槽可有效降低螺纹连接处的应力集中水平，从理论上说明该方法是可行的。     

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。     

具有新型连接螺纹减应力区的钻具配合接头

为解决钻具连接螺纹在交变弯曲应力作用下的疲劳失效问题,研究设计了具有新型连接螺纹减应力区的配合接头,即在配合接头本体上设置减应力结构来降低连接螺纹部位的应力水平。通过有限元计算与分析,得到应力释放效果最好的是母线为椭圆线的减应力结构。评价分析了减应力区开口位置、宽度和深度等参数对应力释放效果和配合接头强度的影响。     

钻铤螺纹连接疲劳失效研究

钻铤螺纹连接失效是钻铤失效的主要形式，在整个钻具失效事故中占很大比重。从分析螺纹载荷分布和螺纹应力分布入手，得出造成钻铤螺纹连接疲劳失效的原因是螺纹连接载荷分布极不均匀和应力局部集中，并据此提出了通过降低啮合区螺纹牙高度和采用不同摩擦系数的螺纹脂使载荷分布更合理、加工应力减轻槽改善应力分布和对螺纹表面进行处理预防钻铤连接疲劳失效的工艺技术措施。     

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多年以来钻具过早失效问题一直困扰着钻井界。在钻具失效案例中,连接累纹疲劳失效占很大的比例。钻具连接螺纹疲劳失效是由于交变弯曲应力引起的,这些交变应力集中在连接螺纹消失处附近。减少连接螺纹弯曲应力延长钻具连接 螺纹的疲劳寿命。文章提出并研究了一种新的钻具连接螺纹减应力区,它是通过区的轮廓线为连续的光滑的二次曲线,圆弧线,抛物线和椭圆线。这可以避免在减应力区出现应力集中和出现“细脖子”现象。并且这些曲线在机械加工上是可行的。用有限元技术优化了减应力区的几何形状,并分析了减应区的开口位置、开口深度和开口宽度等几何参对应力释放效果的影响。并对减应力区的强度进行了分析。     

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。     

新型石油钻铤联接螺纹减应力区的研究

石油钻铤联接螺纹失效是钻具失效的主要形式。钻铤联接螺纹疲劳失效是由于交变弯曲应力引起的,这些交变应力集中在联接螺纹消失处附近。减少联接螺纹弯曲应力可以延长钻具联接螺纹的疲劳寿命。文章提出并研究了一种新的钻铤联接螺纹减应力区,它是通过在钻铤本体上设置减应力区,来解决钻铤联接螺纹疲劳失效问题。与以前减应力区不同的是,新的减应力区轮廓线为连续的光滑的二次曲线、圆弧线、抛物线和椭圆线。这可以避免在减应力区出现应力集中和出现“细脖子”现象。并且这些曲线在机械加工上是可行的。用有限元法优化了减应力区的几何形状,分析了减应力区的开口位置、开口深度和开口宽度等几何参数对应力释放效果的影响。并对减应力区的强度进行了分析。     

新型高压容器螺纹锁紧密封结构疲劳分析

基于ANSYS WORKBENCH工作平台,采用数值计算方法建立了新型高压容器螺纹锁紧密封结构的有限元模型,并对其静强度和疲劳强度进行分析计算,得到了螺纹锁紧密封结构的应力分布情况。螺纹锁紧密封结构二维和三维有限元模型的应力计算结果表明,随着网格密度的增大,采用二维有限元模型时,峰值应力会急剧增大并出现应力奇异性,而采用三维有限元模型时,螺纹啮合处的峰值应力则趋同,说明采用三维有限元模型有更好的计算稳定性。对设计工况、操作工况、液压试验工况和测试试验工况下的螺纹锁紧密封结构进行了应力分析,结果表明,在设计工况下,螺纹锁紧密封结构的峰值应力最大值出现在容器器壁与螺纹锁紧环的螺纹啮合位置,而密封端盖处的峰值应力是螺纹锁紧密封结构中最小的,通过疲劳分析可知,螺纹锁紧密封结构疲劳强度满足相关要求。     

双台肩技术在小尺寸钻铤上的应用研究

对塔里木油田φ120.65mm(43/4英寸)钻铤断裂频繁的米兰1井和哈6井进行了分析,认为在超深井小井眼钻进中提高钻铤螺纹抗扭强度是预防钻铤失效的关键.对φ120.65mm(43/4英寸)钻铤NC35螺纹加工LE螺纹、应力槽、双台肩后进行了实物抗扭性能试验,证实双台肩钻铤具有很好的抗扭性能.有限元计算表明,双台肩螺纹具有较低应力水平.根据现场使用效果分析,双台肩技术的使用有效地降低了钻铤断裂失效数,值得在小尺寸钻具上推广应用.     

瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度分析

提出了瓣形万向轴承受拉伸载荷时瓣齿强度的理论分析方法,利用该方法对万向轴的瓣齿进行了应力分析,根据应力分析的结果讨论了瓣形万向轴的2种主要失效形式,并分析了瓣齿的结构参数对万向轴失效形式的影响。应用ANSYS分析软件对瓣形万向轴承受拉伸载荷时瓣齿的强度进行了有限元分析,从计算结果与实验结果的对比可以看出,两者基本上是一致的,说明利用ANSYS处理瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度问题是可行的,计算结果可信,因此有限元计算可以作为今后瓣形万向轴结构设计和强度校核的重要参考依据。     

基于Pro/E的变径管失效分析及结构优化设计

利用有限元软件Pro/E对失效的异径管进行了静力学分析,得到了异径管应力分布图,找到了异径管失效的原因。在此基础上对异径管的结构进行了改进,并运用Pro/Mechanica软件对异径管进行了强度校核,结果表明,结构改进后异径管的强度能够满足使用要求。     

钻铤螺纹接触应力数值仿真分析研究

钻铤是钻柱的重要组成部分,在井眼内因承受各种载荷作用,钻进中经常出现钻铤螺纹失效现象,造成严重经济损失。本文采用有限元方法,建立钻挺连接螺纹分析模型,通过对拉应力和内外压差两种工况条件下,钻铤螺纹接触应力的模拟计算,分析得出了在拉应力和内外压差两种工况下钻铤螺纹应力分布规律,给出了钻铤螺纹应力分布特点,用以指导预防钻铤螺纹失效优化方案的制定。     

基于三维有限元模型的钻具连接螺纹上扣扭矩影响分析

建立了钻具连接螺纹的轴对称和三维空间有限元模型,分析了钻具螺纹在给定上扣扭矩作用下外螺纹和内螺纹的应力变化。在相同上扣扭矩作用下,空间模型较轴对称模型螺纹第1扣根部应力增大了20%左右。分析出由于空间螺旋效应对钻具螺纹应力的影响,为钻具连接螺纹的失效分析和轴对称分析的研究方法提供了理论依据。     

钻铤连接螺纹断裂失效分析及结构优化

针对钻铤断裂事故,建立了2种普通API钻铤螺纹连接部位的有限元模型,并用有限元方法分析了不同模型在不同钻压条件下的应力分布情况,同时对API标准应力减轻槽的钻铤公头螺纹连接部位进行了结构优化。以公头螺纹连接处2个过渡圆角半径R1、R2为设计变量,分析了在一定条件下不同尺寸的R1、R2所对应的螺纹连接处应力的分布情况,改进的螺纹应力减轻槽可有效降低螺纹连接处的应力集中水平,并成功解决了库尔德地区钻铤螺纹断裂失效事故。     

公螺纹应力减轻槽效果分析

在钻井过程中,钻具疲劳失效事故频繁发生,其失效部位主要集中在螺纹接头处,如何减轻集中在接头处的应力,国内外有关学者提出了在螺纹部位加工应力减轻槽以降低公扣最末完全扣和母扣根部的应力集中,该方法经现场应用后,效果显著。以?177.8mm钻铤公螺纹接头作为研究对象,用有限元方法对加工有不同应力减轻槽的钻铤公螺纹接头进行了分析计算,得出了4种不同公螺纹结构在相同的边界条件和载荷作用下最末完全扣处的应力集中情况。计算结果表明,带有应力减轻槽的公螺纹具有较小的应力集中,特别是API标准应力减轻槽的应力集中最小,因此抗疲劳性能最佳,建议采用这种应力减轻槽结构。     

钻铤螺纹有限元分析及优化改进

钻铤螺纹破坏的主要原因是钻铤所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。用ANSYS软件建立了钻铤螺纹连接有限元分析模型,对钻铤螺纹接触处进行应力分析。分析表明,钻铤螺纹第1个螺纹处所受应力最大,最大应力达到331MPa,失效部位主要集中在前3个螺纹处。据此提出了3种螺纹结构改进优化方案,分别是适当增大螺纹齿顶和齿根处的倒角半径;在外螺纹管台肩处加工圆角;将螺纹连接的前4个螺纹切削1mm,降低其高度。经过比较分析,第3种方案降低应力最为明显,而且使得螺纹整体应力均匀化,抗疲劳性能最佳,螺纹最大Von Mises应力为286MPa。     

油管螺旋副失效分析及预防措施

油管与接箍连接处螺旋副的主要失效形式为螺纹磨损及塑性变形或断裂 ,螺纹磨损是多种磨损机理综合作用所致 ,螺纹牙塑性变形或断裂是由于在液压动力钳拧紧力矩的强制作用及其它载荷的影响下 ,螺纹牙现有硬度及强度不够而产生的。对螺纹进行表面感应淬火强化处理以增加其硬度 ,可同时提高其耐磨性和强度 ,防止螺旋副失效。对油管上扣时的情况进行了力学分析 ,建立了螺纹硬度计算公式 ,计算硬度值可作为淬火强化处理时的参考值。     

API圆螺纹接头连接强度的影响因素研究

API圆螺纹接头经常发生滑脱失效事故,严重影响了这种接头油套管的应用。为此,利用有限元法研究了API圆螺纹接头发生滑脱失效的过程与机理,同时分析了螺纹参数和上扣扭矩对接头连接强度的影响。通过对17个圆螺纹套管接头试样进行全尺寸试验,对有限元模拟结果进行了验证。试验和计算结果表明,圆螺纹油套管滑脱失效最先发生在啮合大端的第1、第2牙螺纹上,螺纹参数尤其是不匹配的锥度对接头滑脱失效影响很大,同时上扣扭矩也有显著影响。建议将上扣扭矩在API扭矩的基础上再提高(15~20)%,这样有利于接头连接强度的提高。