方钻杆旋塞阀本体的有限元分析与研究

论文摘要

在钻井工程中,井喷作为一种恶性事故已经受到人们的普遍关注。它不仅严重影响了生产,还造成人力、物力和财力的巨大损失。钻柱内防喷系统,就是预防及处理钻柱内井喷的配套系列产品。目前,针对内防喷系统中重要工具之一的旋塞阀的研究还很薄弱,因此,展开对旋塞阀的全面研究具有重要的理论意义和工程意义。现场调查和资料的收集表明,尽管方钻杆旋塞阀在现场得到了广泛应用,但有些并没有达到预期的效果。本文以STXS135型旋塞阀为研究对象,首先从结构特点、材质、工作机理、失效原因等方面进行综合分析,在此基础上,利用机械自动化软件Pro/E完成了对旋塞阀各个零件的三维几何实体建模,并根据各个零件的具体约束关系完成了STXS135型旋塞阀的总体装配。旋塞阀本体的断裂问题,一直困扰着生产商和用户。本文针对这一问题进行了详细论述,在不同的工作载荷下对旋塞阀本体进行力学理论分析,探讨本体的应力集中问题,并运用ANSYS软件,建立阀本体的有限元模型,分别对本体在拉、扭、内压等多种载荷下的本体强度详细分析。采用双线性随动强化模型准则,充分考虑了材料的塑性特性。找出了阀本体应力集中的主要原因,提出改进建议,这些研究工作将为旋塞阀的改进研制提供具有参考价值的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 论文的来源及研究的主要内容
• 2 方钻杆旋塞阀的结构特点及其失效分析
• 2.1 方钻杆旋塞阀的结构特点
• 2.1.1 整体式浮动球阀结构
• 2.1.2 旋塞阀的特点
• 2.1.3 旋塞阀的标准
• 2.2 方钻杆旋塞阀的工作机理
• 2.3 方钻杆旋塞阀的失效分析
• 2.3.1 旋塞阀的失效问题
• 2.3.2 失效的基本概念和疲劳理论
• 2.3.3 钻具失效的主要影响因素
• 2.3.4 疲劳断裂的特点
• 2.3.5 材质对方钻杆旋塞阀的影响
• 3 下旋塞阀主要零件工作特点及结构装配
• 3.1 工程设计软件Pro/Engineer简介
• 3.2 下旋塞阀主要零件的工作特点
• 3.3 STXS135型下旋塞阀三维实体模型的装配
• 4 旋塞阀本体的力学分析
• 4.1 旋塞阀本体的静力学分析
• 4.1.1 旋塞阀本体受拉伸时的力学分析
• 4.1.2 旋塞阀本体受扭转时的力学分析
• 4.1.3 旋塞阀本体受内压时的力学分析
• 4.2 屈服准则
• 4.3 应力集中
• 4.3.1 应力集中的概念
• 4.3.2 开孔厚壁圆筒应力集中的理论依据
• 5 STXS135型下旋塞阀本体的有限元分析
• 5.1 有限元分析基本原理
• 5.1.1 有限单元法的基本概念
• 5.1.2 非线性问题的有限元法
• 5.2 有限元软件及双线形随动强化介绍
• 5.2.1 有限元软件介绍
• 5.2.2 双线形随动强化（BKIN）模型
• 5.3 阀本体力学模型及建模原则
• 5.4 有限元模型的建立
• 5.4.1 有限元软件提供的三种建模方法
• 5.4.2 阀本体的建模
• 5.4.3 有限元网格的划分
• 5.5 本体有限元分析
• 5.5.1 本体受拉伸载荷时的有限元分析
• 5.5.2 本体受内压载荷时的有限元分析
• 5.5.3 本体受扭矩载荷时的有限元分析
• 5.5.4 本体受综合载荷时的有限元分析
• 6 结论和建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目
• 致谢