抽油杆疲劳试验夹具设计与有限元分析

发布时间：2021-06-01 20:11

　　针对疲劳试验中由于夹头部分应力过大导致抽油杆提前断裂,疲劳试验无法正常进行的问题,设计一种抽油杆疲劳试验的夹持装置,其带有鸭嘴头,可有效的减少抽油杆夹头处的应力集中。首先应用理论计算,求出使用新型夹持装置的试件在最大轴向拉力下所受总应力,对其进行强度校核。其次应用分析软件ANSYS对夹持装置与抽油杆进行了接触非线性有限元计算,对新旧夹持装置计算结果进行对比分析。最后对新夹持装置的鸭嘴头部分进行优化,最终找到内接触面的最优圆弧面半径,使得夹持效果达到最优。结果表明,所设计夹持装置可以满足疲劳试验的夹持要求;在新夹持装置夹持下,抽油杆夹头处最大应力减小了23. 6%,可以有效提高疲劳试验的成功率。 

【文章来源】：机械研究与应用. 2020,33(05)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

新型夹持装置结构图

当液压缸推动夹持装置夹紧试件时，夹持块与试件之间产生的摩擦力需克服试件所承受的轴向拉力，才能保证疲劳实验过程中试件不会滑脱。为方便起见，将夹持装置简化为如图2所示，因为上下夹持装置对称设置，在此只分析上夹持装置与试件之间的力学关系。试件所受的摩擦力分别为f1′、f2′，在此，令F′=f1′+f2′，同时受到竖直向下的轴向拉力F，为保证轴向载荷下夹持块能安全夹住试件，必须保证F′≥F。

同时对新旧夹持装置施加同样大小的夹持力和轴向拉力，其结果如图3所示，左边为原始夹持装置和抽油杆装配体的受力情况，右边所示为现改进夹持装置和抽油杆装配体的受力情况。表1为夹持块材料设置参数。从图3可以看出原夹持装置夹头处所受的应力明显较大，而现夹持装置夹头处所受应力明显较小。相比之下，疲劳试验中，用新型夹持装置夹持试件，试件夹头处最大应力减小了23.6%，有效提高疲劳试验的成功率。运用ANSYS分析软件，同时给新旧夹持装置施加相同大小的夹持力，并逐次增加试件所受轴向拉力，则可以得出试件分别在新夹持装置和旧夹持装置的夹持下，试件夹头处的应力变化和对比情况。如表2所列，随着轴向拉力的增加，试件夹头处的最大应力逐渐增加，相比之下，新的夹持装置下，试件夹头处的应力更小，安全系数更高，试验数据对比见表2。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]具有中介状态抽油杆柱失效故障树的可靠性分析[J]. 杨延青.  机械研究与应用. 2012(03)
[4]螺旋式偏心锥抽油杆打捞器的研制[J]. 岳桂杰,保承军,龙昌明,刘洋.  机械研究与应用. 2005(04)
[5]抽油杆试验夹头的改进[J]. 李华屏.  石油矿场机械. 1994(04)

博士论文
[1]抽油机井抽油杆失效问题的损伤力学研究[D]. 周瑞芬.东北石油大学 2011

硕士论文
[1]高频疲劳试验机圆棒材料试样夹具的研究[D]. 陈荣华.沈阳大学 2015



本文编号：3210073