钻杆螺纹的结构优化与有限元模拟

钻杆螺纹破坏的主要原因是钻杆所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。为缓解内螺纹小端应力集中,在钻杆（如普通钻杆、方钻杆等）上设计和使用了应力减轻槽结构,这些钻杆在使用过程中取得了良好的效果。基于螺纹牙的强度计算公式,用ANSYS软件建立了钻杆螺纹连接有限元分析模型,对有应力减轻槽的钻杆螺纹接触处进行应力分析,并和普通螺纹进行了对比,结果表明加应力减轻槽的钻杆螺纹所受应力大大减小,有益于延长钻杆的使用寿命。     

珩磨顶杆的有限元分析及结构优化

小顶杆是珩磨工艺中最容易损坏的零件之一,主要原因是杆顶端螺纹处产生应力集中和顶杆中部产生弯曲变形。用ANSYS有限元分析软件完成建模后对小顶杆进行应力及变形分析。根据变形图和等值应力分布云图分析得出,螺纹连接是整体结构的薄弱部分,应力集中主要出现在前3道螺纹处,这是导致小顶杆损坏的直接原因。据此提出了小顶杆结构优化的改进方案,并进行有限元分析验证,得出螺纹最大Von Mises应力由改进前的108MPa降低为98MPa。为杆类结构和螺纹连接设计提供了理论依据,对螺纹连接在工程实际中的推广使用有着重要的意义。     

工程用钻杆螺纹断裂失效研究

工程用坑道钻机钻杆在孔内受各种载荷作用,包括弯曲、扭转、振动及拉压等,钻进时经常出现钻杆断裂现象,严重影响正常生产.从钻杆接头连接螺纹失效类型分析入手,考虑实际工作载荷对钻杆联结螺纹进行力学分析.基于有限单元法,建立了钻杆连接螺纹接触有限元模型,针对Φ42钻杆进行了强度分析,并对钻杆材质进行了断口的形貌、化学成分测量、硬度测量、金相分析,得出钻杆接头螺纹应力偏高,热处理工艺不稳定为钻杆断裂失效的主要原因,研究为进一步优化钻杆结构提供了重要依据,具有重要的理论意义及工程应用价值.     

石油取芯钻具外管螺纹的结构分析和参数优化

以某型号的石油取芯钻具外管螺纹结构优化为例,利用APDL语言建立外管接头螺纹的二维有限元模型,并对其进行了接触非线性有限元分析,对外管螺纹的强度进行分析校核,得出螺纹能够承受的最大扭矩。研究了钻杆螺纹牙数、牙型角、牙齿高和应力缓解槽等参数对螺纹强度的影响规律,并实现对牙齿高的优化。结果表明:需要保留的参数有牙数、牙型角和应力缓解槽;需要改进的参数为牙齿高,且变化范围在(1.7~2.0)mm。适当改变牙齿高,可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态,优化后的接头螺纹整体强度提高约14.07%。     

特殊管螺纹及其量规设计

地质钻探管材螺纹尚未制订国家标准,目前图纸多是对国外钻具的测绘。因此,这类螺纹量具的设计属于非标螺纹量具设计。地质勘探钻杆属于薄壁细长轴件,用以传递较大的回转扭矩及钻进压力,其工作状况复杂,薄壁上切出螺纹,加之牙底和螺纹尾部产生的应力集中,使螺纹部分成为钻杆最薄弱环节,钻杆折断事故多发生在螺纹联接部位,因此,钻杆螺纹的加工及其质量控制至关重要。本文重点介绍该类螺纹量规的设计。进行量规设计的基础一是螺纹特点分析;二是螺纹加工中的控制分析。     

实时导向螺杆钻具钻柱螺纹动力学特性及优化设计方法

由于钻井过程中载荷具有冲击性、不稳定性，螺杆钻具联接螺纹失效率居高不下。为提高螺杆钻具使用寿命，利用ANSYS建立了2-7/8REG和4-1/2REG螺纹分别在压力、弯矩、转矩3种载荷条件下的三维有限元分析模型，建立了减应力槽、切削第一啮合齿、双台肩3种优化结构，在3种载荷条件下对3种优化结构的力学行为和优化效果进行了对比分析，为螺杆钻具螺纹不同主失效原因的结构优化提供了选择依据。研究表明：压力载荷条件下的应力集中仅双台肩结构发生降低，降低比例为40%左右；弯矩载荷条件下，降低应力集中程度由大到小的结构顺序为减应力槽、切削第一啮合齿、双台肩；转c3矩载荷条件下，减应力槽结构能够降低以4-¹/₂REG螺纹为例的大型螺纹的应力r集3中，比例为12.7%，但会加重以2-⁷/₈REG螺纹为例的小型螺纹的应力集中，此外，切削第一啮合齿和双台肩结构的降低程度均在10%左右。     

基于3D成像的钻杆螺纹自动化检测系统

钻杆在使用一段时间后需进行检测与维修.传统钻杆螺纹检测以人工检测为主,但人工检测速度慢、准确性差.本文提出了一种高自动化、高精度的非接触式钻杆螺纹检测方案,基于3D成像技术,利用3D激光相机对钻杆螺纹进行周向旋转扫描,获取钻杆螺纹三维图像的同时得到螺纹牙廓线图形,通过计算螺纹牙廓线图形得出螺纹各项参数数值大小,并与规定...     

定向钻穿越S135钢级钻杆的断裂分析

为查明某定向钻穿越S135钢级钻杆断裂的原因,对失效钻杆的断口形貌、化学成分、力学性能和微观组织进行了分析,并运用断裂力学理论进行了相关计算。结果表明:失效钻杆的断裂性质属于脆性断裂;钻杆在生产过程中,管体加厚过渡带外表面存在横向淬火裂纹,使用时裂纹尖端形成了较大的应力集中,当裂纹尖端实际受到的应力大于裂纹发生失稳扩展的临界应力时,钻杆便发生断裂失效。     

基于S59地质钻杆接头螺纹的研究与改进

针对现有国家地质标准中S59钻杆接头二维模型的有限元分析情况,论述了S59螺纹钻杆接头在ANSYA有限元分析中加载后的产生应力值和应力分布状况,研究了钻杆结构中存在的问题,提出针对S59钻杆接头结构的改进措施。研究表明,通过适当改变锥度、密封尖角和增加接触牙对数能够改善S59钻杆接头螺纹的受力情况。     

偏心弯矩对高压流变仪立柱螺纹根部应力的影响分析

为了精确分析高压流变仪立柱螺纹根部的应力特性,运用ANSYS子模型技术,建立流变仪机架整体模型和立柱螺纹联接精确局部模型,分析了立柱螺纹承受偏心载荷情况下的根部应力特性.分析表明机架变形产生的偏心弯矩对立柱螺纹根部应力沿圆周方向的分布影响显著,并给出了降低根部应力集中的有效途径.论文提出了子模型技术在复杂边界条件下进行螺纹精确分析时的应用方法.