复合载荷作用下特殊螺纹套管接头性能分析

针对在复合载荷工况下石油套管易失效和易泄漏的问题,对复合载荷作用下套管特殊螺纹接头的应力水平和接触压力沿密封面的分布规律进行了研究。依据材料性能和套管接头的结构特点,对特殊螺纹套管接头进行了简化;运用ANSYS软件建立了套管接头的有限元模型,包括网格划分、加载和约束,然后利用ANSYS接触分析功能模块计算得到了特殊螺纹套管接头在上扣过盈配合、轴向拉力、内压以及复合载荷下的应力云图和接触压力云图,着重研究了套管在不同荷载作用下的连接性能和密封性能。研究结果表明:复合载荷中的各个单一载荷对套管接头的性能影响是不同的;轴向拉伸荷载对扭矩台肩和主密封密封性能影响较大,内部压力的增大能够提高接头的密封性能。     

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%。     

圆螺纹套管接头应力分布规律研究

根据弹塑性力学理论建立圆螺纹套管接头的计算模型，利用有限元分析和全尺寸实验相结合的方法，详细分析套管接头在使用工况(包括上扣、上扣后加拉伸载荷、上扣后加内压载荷等)下的应力分布规律，指出载荷在各个螺纹牙上分布的不均匀性是制约套管接头性能的主要原因，提出改进接头应力状态、减少应力集中的主要措施。研究结果提高了对套管接头应力水平的认识，对改进套管连接螺纹设计，提高套管接头的连接质量具有一定的参考价值。     

拉伸载荷作用下套管接头的应力分析

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,采用弹塑性接触有限元方法对套管柱中最薄弱的螺纹接头部分进行分析计算,分析AP18牙圆螺纹套管接头在拉伸载荷作用下的应力情况,给出了负荷和各应力沿轴向的分布规律。     

具有台阶密封面油套管接头力学性能有限元分析

以具有台阶密封面结构的锥形油套管接头为研究对象,以美国石油学会(API)圆螺纹套管接头为例,通过有限元分析计算,研究了锥螺纹联接上扣拧紧时,拧紧圈数和密封面初始间隙对密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量的影响规律.结果表明:在密封面初始间隙一定的条件下,螺纹接头拧紧圈数增大使密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量增大;当拧紧圈数相同时,密封面初始间隙越小,密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量越大.     

优化套管螺纹载荷分布特性的方法

根据套管螺纹的结构和受力特点 ,建立了套管接头在轴向拉力作用下的计算模型 ,分析了载荷在各牙螺纹上的分布特点。在此基础上 ,提出了优化套管螺纹载荷分布特性、减小应力集中的具体方法 ,并依据实用性 ,从螺纹的加工方便考虑 ,提出了外螺纹全部和内螺纹大部分保持螺距不变 ,仅对内螺纹两端 2～ 4牙螺纹变化螺距的近似优化方案。通过有限元方法模拟了优化方法的效果 ,验证了这种方法的可行性。研究结果对改进套管螺纹设计 ,提高套管螺纹的连接质量具有参考价值     

圆螺纹套管接头的抗压缩极限载荷分析

采用非线性有限元方法，以API8牙圆螺纹套管接头为研究对象，在标准锥度公差条件下，模拟套管接头的上扣过程，计算分析上扣过程中内、外螺纹导向面和承载面上的应力分布，并对套管接头在压缩工况下的承载极限进行分析，得到套管接头在压缩载荷下的失效形式，失效载荷，并提出相应的失效判据。     

特殊螺纹油套管接头完整性评估计算分析

针对特殊螺纹油套管接头的主要结构加工参数进行了接头连接和密封性能的评估计算公式推导,并设计完成了一套特殊螺纹接头油套管完整性评估软件。首先,通过对油套管接头失效形式及机理分析,推导出各失效形式对应的临界载荷计算公式;然后,通过对单个螺纹牙的弹性变形分析,建立整体油套管螺纹接头的力学分析模型,结合变形协调方程推导得到接头螺纹牙承载分布求解公式;最后,通过对比临界载荷与实际承载以及密封面总接触压力与管内气体压力完成接头完整性评估。评估结果表明:在相同载荷作用下,TM型接头套管最易发生剪切破坏失效;密封面总接触压力大于管内压力,密封性能良好。     

套管螺纹全参数化几何模型的建立

根据圆锥螺旋面形成理论,推导出了构成ＡＰＩ圆套管螺纹四段圆锥螺旋面的方程,建立了套管螺纹全参数化的几何模型,以此模型研制了接箍和套管内外螺纹旋合过程的计算机仿真系统,可用于研究套管螺纹设计参数的变化对接箍和套管内外螺纹旋合几何接触性能的影响。     

船用柴油机曲轴减震器过盈配合应力分析

以某柴油机曲轴减振器圆锥过盈配合连接为对象,基于弹性力学理论推导均布载荷作用下曲轴和主轮毂的应力计算公式。在建立曲轴和主轮毂圆锥过盈配合有限元模型基础上,利用ANSYS分析不同过盈量和转速载荷作用下曲轴和主轮毂接触表面应力分布规律。结果表明:理论计算和数值分析结果吻合较好,过盈量和转速载荷对主轮毂内孔表面等效应力和径向应力分布影响较大,在曲轴减振器圆锥过盈配合结构和装拆工艺设计中需综合考虑。     

基于热固耦合的矩形过盈配合强度计算

过盈连接是一种常见的机械连接方式,过盈配合较为常见的是圆柱或圆锥形,但对于其他形状的过盈配合,如矩形过盈配合,文献中很少提及,也没有公式或者经验可以参考。针对矩形过盈配合问题通过有限元仿真方法进行了数值模拟分析,以一款应用于园林机械齿轮箱内的矩形过盈连接为具体研究对象,建立了矩形过盈配合的三维装配模型,利用有限元方法建立了数值仿真模型,通过对不同过盈量下的过盈配合关系的分析,深入研究了矩形过盈连接的接触问题,并基于热固耦合技术研究了在温度变化情况下矩形过盈连接的强度问题。所使用的方法为研究非圆柱、圆锥型过盈配合连接提供了一个有效的手段。     

切削热对双台肩螺纹加工精度与连接强度影响研究

双台肩螺纹以其高抗扭能力,在钻井作业过程中得到广泛应用。然而双台肩螺纹加工精度要求高,致使国内很多厂家生产的双台肩钻杆螺纹接头达不到设计要求。切削热是影响双台肩螺纹接头加工精度的主要因素之一。为研究切削热对双台肩螺纹加工精度和连接强度的影响,建立了一种基于CAE协同仿真的方法:通过建立双台肩螺纹车削加工的有限元模型,分析其在加工过程中的温度场分布情况;然后建立双台肩螺纹接头的温度-变形模型,研究温度场对螺纹变形的影响,即加工精度影响;通过建立三维的螺纹接头有限元计算模型,评价切削热所引起的加工误差对双台肩钻杆螺纹接头连接强度的影响。通过研究得出,切削热引起的螺纹牙单侧面轴向变形约0.014 8 mm,该变形量将导致接头抗扭和抗拉性能下降30%,且大幅度降低了压缩载荷或弯曲载荷作用时的使用寿命。因此加工应考虑切削热的影响,提出了相应的改进措施,并计算了多种常用切削用量下的变形量。     

多因素作用下储气库注采井油管接头气密性分析

储气库注采井油管接头在服役期间,套管接头处会承受拉、压载荷以及交变压力等,对套管接头气密性产生影响。为研究不同工况下接头主密封面等效应力变化以及分布规律,采用SOLIDWORKS软件和ANSYS软件对特殊螺纹套管接头进行应力分析,确定井口部分为套管串气密性危险点以及主、次密封面过盈量。研究结果表明:为满足特殊螺纹接头气密性及安全性需求,在高内压工况下主、次密封面过盈量应分别为0.05、0.01mm,在低压工况下可适当增加次密封面过盈量,以提高气密性;在实际储气库运行周期中,由于交变载荷的作用,接头主密封面有效密封长度会发生变化,甚至在应力集中区域会发生塑性变形,严重损害接头气密性。因此建议在储气库中使用高屈服强度材料的特殊螺纹接头,以满足不同工况下对接头气密性、安全性要求,同时适当增加次密封面过盈量,使密封面等效应力分布更加均匀。     

特殊扣套管接头的应力及密封特性分析

以特殊扣螺纹接头为分析对象 ,采用非线性有限元素法 ,分析了套管接头在上扣扭矩、轴向拉伸和内部压力作用下的受力特性。获得了这种特殊扣套管接头密封段、台肩面、螺纹啮合扣面以及管体的应力分布。结果表明 ,采用过盈配合来模拟上扣扭矩的方法具有较好精度。套管接头的薄弱区域在啮合螺纹承载面根部 ,该区域具有显著的应力集中。密封面接触压力随套管内部压力的增大而增大 ,轴向拉力对其影响很小 ,在本文的设计载荷作用下可以保证良好的密封特性     

顶驱中心管螺纹力学行为模拟及优化研究

针对顶驱中心管螺纹粘扣、断裂等问题，基于弹塑性理论、von Mises屈服准则以及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了扭矩作用下的二维、三维有限元模型，并通过实验结果与数值模拟结果验证有限元分析的可靠性，对比二维、三维的分析结果验证二维轴对称模型方法的可靠性，获得了中心管螺纹接头的应力分布规律和力学特性，指出紧扣扭矩对螺纹连接强度影响极大。在此基础上，结合现场失效的螺纹接头，对螺纹锥度、螺距以及有效螺纹牙长度3个参量进行敏感性分析，综合考虑连接强度以及生产成本推荐了参量最优值。     

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。     

啮合锥度对圆螺纹套管接头强度的影响

基于非线性有限元分析方法,以API8圆螺纹套管接头的连接强度为研究对象,考虑接头在不同锥度啮合情况下的上扣过程,对其在拉伸载荷下的抗滑脱能力进行分析,并提出了相应的滑脱失效判据。分析了接头公、母扣不同啮合锥度对螺纹齿啮合面上应力分布的影响。分析结果表明,啮合锥度的小改变会引起套管接头螺纹齿上局部应力的显著变化,局部的高应力是套管接头失效的主要原因。最后给出了不同锥度啮合下的套管接头的连接强度,并且发现随着啮合锥度增大,套管接头连接强度有减小趋势。     

螺纹牙型角对行星滚柱丝杠副接触特性影响研究

以行星滚柱丝杠副为研究对象,建立了单对滚柱与丝杠啮合副的接触模型。采用有限元软件ABAQUS计算分析了滚柱与丝杠的接触应力。为了研究螺纹牙型角对行星滚柱丝杠副接触特性的影响,分别设计了牙型角为60°,80°,85°,90°,95°的螺纹啮合副,对比研究了不同牙型角时滚柱螺纹牙最大接触应力及其最大相对误差,丝杠螺纹牙最大接触应力及其最大相对误差。结果表明:滚柱与丝杠的最大接触应力均发生在第1节螺纹牙上,且随螺纹牙型角的增大,最大接触应力整体呈增大趋势;螺纹牙型角为90°时,滚柱螺纹牙最大接触应力的最大相对误差最小,滚柱受载更均匀,传动更平稳,从而有利于提高行星滚柱丝杠副的使用寿命。通过研究螺纹牙型角对行星滚柱丝杠副接触特性的影响,为行星滚柱丝杠副设计提供指导。     

油套管特殊螺纹密封性能数值仿真研究

油套管特殊螺纹主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构保证油套管连接的气密封性能。针对特殊螺纹密封性能开展数值模拟评价研究,并提出优化特殊螺纹气密封结构的方法。首先建立了特殊螺纹锥面对锥面密封结构的数值仿真模型,研究了等锥面密封结构和非等锥面的密封面上接触应力分布关系,研究发现,若采用非等锥线性密封结构的密封接头,能够有效改善特殊螺纹密封面上接触不协调现象,改善密封面上接触应力的分布;其次,建立了特殊螺纹球面对锥面密封结构的数值仿真模型,引入密封接触能理论,研究了不同椭圆度下的球面密封结构密封面上接触应力分布关系,并给出特殊螺纹球面密封椭圆度的最佳取值范围。研究结果可以为提高特殊螺纹抗泄漏能力提供理论依据,为特殊螺纹密封结构的研发提供思路借鉴。     

过盈配合微动损伤的关键参数

微动损伤广泛存在于各类工程机械和结构之中,接触压力、滑移幅值以及摩擦剪切力是微动损伤的重要参数.过盈连接部件在旋转弯曲载荷下,易于在接触区域产生微动损伤,降低构件的使用寿命.以过盈微动疲劳试验中的试样为研究对象,在有限元软件ABAQUS中建立接触模型,充分考虑高应力梯度区和接触对网格划分的要求,同时在远离接触区域划分粗糙网格,减少计算机时.通过分布加载和改变相关参数的方法,分析套管长度、套管厚度、摩擦因数以及过盈量对接触压力、摩擦剪切力等影响规律.结果表明,轴套过盈配合承受弯曲载荷下,接触压力和摩擦剪切力沿轴向分布不均匀,随着各参数的变化而明显变化,摩擦因数、套管厚度和套管长度对接触边缘的应力奇异性有较大影响,摩擦因数显著地影响了滑移区域的大小.