钻井泵活塞的结构分析及改进设计

发布时间：2021-05-23 02:40

　　本文概述了钻井泵活塞的研究现状和失效形式。活塞的主体材料是橡胶，橡胶是不可压缩材料，具有几何和材料的高度非线性行为；同时，活塞弹性密封件问题是状态非线性接触问题。 在本论文中，用实验方法测试了橡胶材料三种力学行为的应力应变。这三种实验分别是：单轴拉伸、双轴拉伸和剪切。根据测试数据，确定了Mooney-Rivilin理论的中的实常数，并用有限元软件ANSYS分析计算了活塞大变形问题。获得了多种应力场、位移场、变形情况和点集流线趋势，充分了解活塞在压力作用下的各种力学特性，最主要的是了解到了接触应力和摩擦力沿接触面的分布情况，探索了它们的高应力分布区，指出了活塞失效的主要原因，为活塞的改进设计提供了较为全面的资料和依据。最后，对活塞皮碗和钢芯进行改进设计；同时，提出一些延长活塞寿命的其它措施。 

【文章来源】：西南石油大学四川省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究钻井泵活塞的必要性
    1.2 钻井泵活塞的研究发展现状
    1.3 本文的研究方向
2 活塞的工作特性
    2.1 活塞的工作原理
    2.2 活塞的结构型式
    2.3 活塞的运动规律
    2.4 活塞皮碗的受力分析
        2.4.1 静载受力情况
        2.4.2 活塞运动受力情况
    2.5 摩擦力的确定
3 活塞寿命的影响因素和失效形式
    3.1 活塞寿命的主要影响因素
        3.1.1 泵压、冲次的影响
        3.1.2 摩擦热的影响
        3.1.3 活塞间隙的影响
        3.1.4 泥浆液的影响
        3.1.5 有缺陷的缸套的影响
    3.2 活塞的主要失效形式
        3.2.1 磨损失效
        3.2.2 挤伤失效
4 实验参数测试
    4.1 活塞皮碗的材料特性
    4.2 超弹理论
    4.3 实验及数据处理
        4.3.1 单轴拉伸
        4.3.2 双轴拉伸实验
        4.3.3 剪切实验
        4.3.4 实验数据的处理分析
5 活塞皮碗的有限元分析
    5.1 有限元软件ANSYS简介
        5.1.1 计算中的几个假设
        5.1.2 有限元列式
        5.1.3 计算坐标系的建立
    5.2 静载作用下的有限元模拟分析
        5.2.1 实体模型和有限元模型的建立
        5.2.2 载荷及边界条件
        5.2.3 计算结果
        5.2.4 不同活塞间隙计算结果
    5.3 计算接触应力与实验测试接触应力比较
        5.3.1 实验测试结果
        5.3.2 ANSYS计算结果
        5.3.3 结果比较
6 过盈装配下的滑动摩擦过程模拟
    6.1 实体模型和有限元模型建立
    6.2 初始边界条件
    6.3 求解载荷步
    6.4 计算结果及分析
    6.5 总结
7 活塞的改进设计
    7.1 几点结论
    7.2 延长活塞使用寿命的措施
        7.2.1 根部加强措施
        7.2.2 避免挤伤、偏磨的改进措施
        7.2.3 对皮碗唇部和尺寸突变处的改进
        7.2.4 延长活塞使用寿命的其它措施
致谢
参考文献



本文编号：3202126