连续管卷绕矫直分析及疲劳研究

发布时间：2017-04-05 22:05

  本文关键词：连续管卷绕矫直分析及疲劳研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：连续管在石油工业中应用十分广泛,能大幅度提高作业效率。连续管卷绕在滚筒上,在作业过程中,滚筒上的连续管通过鹅颈导向器到注入器,由矫直器或注入器夹持矫直后注入井中。起升时通过相反的过程将连续管卷绕到滚筒上。连续管卷绕在滚筒上时,由于运输条件等的限制,滚筒直径不能太大,其弯曲半径远远小于弹性极限半径。因此,连续管在卷绕和矫直的过程中,将产生很大的塑性应变,会引起连续管的残余变形,也会引起连续管的损伤。反复的卷绕和矫直会使连续管产生低周疲劳,最终会导致连续管的疲劳破坏。在连续管的使用过程中,由连续管疲劳导致其失效的形式有：连续管开裂、穿孔；椭圆度太大；直径增长过大(鼓包)等。连续管椭圆化对其通过注入头的能力有影响,椭圆度太大则连续管无法通过井口下入井中,同时影响密封和设备的夹紧,更重要的是其对连续管抵抗外压的能力有很大影响,椭圆化严重,连续管的挤毁抗力将大大降低；连续管在反复缠绕的过程中,塑性应变在不断累积增加,当累积塑性应变达到一定程度便会由于低周疲劳产生微小裂纹并随着缠绕的进行不断扩展。当裂纹扩展到一定程度之后,便会造成连续管的穿孔或断裂,直接导致连续管无法使用；连续管的直径增长是其在工作中有内压,承受轴向应力、环向应力和径向应力这三轴应力作用引起的。在较高内压的作用下,连续管直径会增大,随着循环弯曲次数的增加,管体直径将越来越大,同时伴随着壁厚的减薄。直径增长过大(鼓包)将引起连续管与设备不兼容现象,容易造成连续管的严重失效。研究出连续管在滚筒上缠绕和卸绕及其它载荷作用下的椭圆度、直径增长、壁厚变化、累积塑性应变等参数的变化情况及其对连续管寿命的影响,可以对连续管作业中的注意事项进行研究,给出在不同工况下所应采用的连续管管型和尺寸及对连续管最有利的工况,对现场中合理使用连续管做出指导。这对连续管的应用有重要意义。就目前的了解,连续管在疲劳变形、破坏的实验和理论上仍有一些不足,亟需改进,本文将从以下几方面进行研究：(1)分析连续管卷绕弯曲时的受力情况通过对现有连续管疲劳实验中连续管所受的载荷和现场中连续管的状态以及目前人们对连续管弯曲的受力分析,分析连续管的受力情况。同时结合有限元分析连续管疲劳实验中连续管所受的载荷和现场状态中其所受的载荷对连续管变形的影响,验证分析结果的正确性。(2)对连续管的材料模型进行研究连续管弯曲是一个大应变问题,材料进入塑性阶段,所选用的材料模型对计算结果有很大影响。同时连续管反复弯曲中涉及到载荷的加载与卸载,还必须考虑不同强化模型对计算结果的影响。通过运用连续管弯曲中直径随弯曲次数和内压的变化情况,研究理想弹塑性模型、双线性弹塑性强化模型和Ramberg-Osgood形幂硬化材料模型在等向强化和随动强化时对结果的影响,便于进行进一步的有限元分析。(3)研究连续管反复弯曲中椭圆度、累积塑性应变和直径增长率等参数在不同内压、不同弯曲半径时随弯曲次数的变化情况,分析不同操作条件对连续管寿命的影响在工作状况下,连续管既要受到弯曲载荷的作用,又要受到内压的作用,所受到的载荷比较复杂。当连续管反复弯曲时,会产生截面变成椭圆、直径增长和壁厚变化等宏观现象。这些现象主要是连续管在复杂载荷作用下弹塑性变形引起的。运用有限元的方法建立连续管弯曲的三维模型和二维模型对连续管弯曲中椭圆度、累积塑性应变和直径增长在弯曲中的变化规律进行研究,得到连续管在工作中不同的操作条件对其寿命的影响,同时对连续管现场作业中的注意事项进行分析,对连续管的合理使用做出指导。(4)分析连续管弯曲时的附加载荷,计算附加载荷引起的局部环向应力连续管弯曲时,其弯曲曲率很大,导致连续管上产生较大的附加载荷。附加载荷会引起连续管中产生局部环向应力,产生与内压同样的损伤效果。(5)连续管卷绕矫直疲劳寿命计算通过对无内压时连续管卷绕拉直的附加载荷引起的局部环向应力的分析,计算考虑连续管弯曲时的环向应力,修正Tipton关于连续管低周疲劳的计算方法,找出一种一致的计算连续管在全部工作内压下的疲劳寿命预测方法。通过以上分析,可以得到以下成果或结论：(1)连续管弯曲中主要是弯矩载荷使连续管弯曲,为研究连续管低周疲劳寿命提供参考；(2)通过三维有限元模型分析,验证了连续管弯曲中主要是弯矩载荷使连续管弯曲这一结论,为建立连续管弯曲的二维模型提供了依据。运用二维有限元模型研究了不同的操作条件对椭圆度、累积塑性应变和直径增长率等参数的影响,发现在高内压下连续管可弯曲次数少的现象。连续管在现场作业中应选择合适的管型,使连续管工作在较低的环向应力下；(3)推导了连续管弯曲中的附加载荷,并通过附加载荷计算了无内压时其引起的环向应力,从机理上解释了Tipton在连续管寿命预测时低内压时寿命偏高的问题,为正确计算连续管的环向应力提供了参考；(4)解决了连续管在零内压或低内压下疲劳寿命计算结果与实验结果存在差异的问题,找到了一种一致的计算连续管在全部工作内压下的疲劳寿命预测方法。
【关键词】：连续管 弯曲 有限元 塑性应变 疲劳
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2;TG335
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 连续管卷绕疲劳研究背景12
• 1.2 连续管卷绕疲劳研究意义12-13
• 1.3 管材弯曲研究现状13
• 1.4 连续管弯曲疲劳研究现状13-20
• 1.5 本文研究内容20-22
• 第2章 连续管疲劳失效形式及卷绕矫直载荷分析22-31
• 2.1 连续管疲劳失效形式分析22-23
• 2.2 连续管卷绕矫直载荷分析23-31
• 第3章 连续管卷绕矫直模型分析31-39
• 3.1 连续管弯曲材料模型介绍31-33
• 3.2 材料真实应力应变曲线计算33-36
• 3.3 连续管卷绕矫直有限元模型的建立36-39
• 第4章 连续管卷绕矫直分析39-58
• 4.1 载荷加载方式的影响39-43
• 4.2 各种材料模型计算结果比较43-48
• 4.3 连续管卷绕矫直变形分析48-53
• 4.4 直径增长规律研究53-58
• 第5章 连续管变形的影响及疲劳分析58-79
• 5.1 椭圆度对连续管抗外挤能力的影响58-60
• 5.2 疲劳寿命的计算60-79
• 第6章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-87
• 个人简介87-88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴艳青;牛莉莎;施惠基;王战宏;;粉末冶金BeAl材料疲劳性能宏微观分析[J];稀有金属材料与工程;2006年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 罗启洋;低频循环荷载下饱和软土的动力特性研究[D];广东工业大学;2016年

2 李银银;连续管卷绕矫直分析及疲劳研究[D];长江大学;2016年

  本文关键词：连续管卷绕矫直分析及疲劳研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：287745