螺杆泵橡胶定子疲劳寿命预测方法研究

发布时间：2021-04-30 00:50

　　石油是我国重要的战略资源。潜油螺杆泵采油系统作为石油的举升设备在石油工业中有着广泛的应用。金属转子与橡胶定子组成的螺杆泵是潜油螺杆泵采油系统中重要的部件。橡胶定子在高温高压和交变载荷的作用下会产生疲劳裂纹,进而导致螺杆泵失效。研究疲劳损伤机理,找出疲劳裂纹的萌生位置,预测橡胶定子的疲劳寿命,对潜油螺杆泵采油系统的安全运行有着重要意义。本文基于断裂力学理论,建立了橡胶疲劳裂纹寿命预测模型。应用有限元软件计算出橡胶定子在工作状态下的应力应变,并预测了其疲劳寿命。本文的主要内容包括:详细介绍了多种超弹性本构模型的表达式和特点。根据拉伸与剪切试验,拟合了多模型的应力应变曲线。选取了拟合精度较好的Mooney–Rivlin模型作为本文中丁腈橡胶的本构模型,并计算出相关的材料常数。基于断裂力学理论,找出撕裂能与疲劳裂纹扩展速率间的关系,将复杂的多维应力转化为单轴等效应力,建立丁腈橡胶疲劳寿命预测模型。通过加速疲劳试验获得了丁腈橡胶的疲劳寿命曲线,进而计算出相关的疲劳参数。先建立金属转子与橡胶定子的几何模型,再针对橡胶定子的工作特性对其施加不同的过盈量与压力载荷,进行有限元分析。通过应力云图探索过盈... 

【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景、目的及意义
        1.1.1 螺杆泵采油技术概述
        1.1.2 潜油螺杆泵的技术优势
    1.2 国内外潜油螺杆泵采油技术发展动态
    1.3 螺杆泵定子橡胶疲劳寿命预测研究方法现状
        1.3.1 疲劳的定义与种类
        1.3.2 影响定子橡胶疲劳寿命的因素
        1.3.3 橡胶疲劳研究方法
    1.4 课题的研究意义与研究内容
        1.4.1 课题研究意义
        1.4.2 课题研究内容
第2章 丁腈橡胶本构模型的选择与参数确定
    2.1 有限元非线性力学理论
    2.2 橡胶超弹性本构模型
        2.2.1 连续介质理论的唯象模型
        2.2.2 热力学统计模型
    2.3 超弹性本构模型拟合
    2.4 本章小结
第3章 定子橡胶疲劳预测方法及疲劳参数确定
    3.1 裂纹成核法
        3.1.1 最大主应变
        3.1.2 应变能密度
        3.1.3 裂纹成核法的应用
    3.2 裂纹扩展预测法
        3.2.1 橡胶的撕裂能
        3.2.2 橡胶疲劳裂纹扩展速率
        3.2.3 橡胶疲劳裂纹寿命预测模型
    3.3 丁腈橡胶疲劳寿命参数的确定
    3.4 本章小结
第4章 螺杆泵橡胶定子力学特性有限元分析
    4.1 橡胶定子几何模型的建立
    4.2 橡胶定子有限元模型的建立
        4.2.1 定义材料属性
        4.2.2 分析步的设置
        4.2.3 边界条件与载荷
        4.2.4 网格的划分
        4.2.5 仿真结果分析
    4.3 本章小结
第5章 螺杆泵橡胶定子的疲劳寿命预测
    5.1 橡胶定子的应力应变转换
        5.1.1 橡胶定子等效应力应变计算
        5.1.2 橡胶定子撕裂能计算
    5.2 Fe-safe软件
        5.2.1 Fe-safe/Rubber模块介绍
        5.2.2 Fe-safe软件的疲劳寿命计算原理
    5.3 Fe-safe疲劳寿命分析
        5.3.1 软件设置流程
        5.3.2 疲劳寿命分析
    5.4 数值仿真与软件仿真的结果对比分析
    5.5 本章小结
第6章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]橡胶Mooney-Rivlin超弹性本构模型的参数特性研究[J]. 张良,李忠华,马新强.  噪声与振动控制. 2018(S2)
[2]潜油螺杆泵市场应用及发展前景[J]. 杨帆.  中国设备工程. 2017(16)
[3]螺杆泵采油技术研究现状及趋势[J]. 廖健.  中国石油和化工. 2016(S1)
[4]基于连续损伤模型橡胶弹性减振元件疲劳寿命分析[J]. 丁智平,杨荣华,黄友剑,卜继玲,方建辉,李志超.  机械工程学报. 2014(10)
[5]国内螺杆泵自动化采油技术趋势[J]. 赵永仁.  科技创新与应用. 2013(25)
[6]潜油螺杆泵采油技术发展概况[J]. 张益,郭忠峰.  轻工科技. 2013(06)
[7]橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析[J]. 丁智平,陈吉平,宋传江,王伟晓.  机械工程学报. 2010(22)
[8]中深井小排量螺杆泵举升适应性分析[J]. 赵凯兴,胡占宏,薛建军,范振忠.  科学技术与工程. 2010(21)
[9]螺杆泵内部压力分布规律研究[J]. 叶卫东,郭玉双,杜秀华,宋玉杰.  科学技术与工程. 2009(11)
[10]关于我国抽油机发展的几点思考[J]. 张晓东,贾国超.  石油矿场机械. 2008(01)

硕士论文
[1]高弹性联轴器橡胶弹性元件疲劳寿命预测研究[D]. 曲佳辉.中国舰船研究院 2019
[2]基于大潜深需求的ESPCP系统创新与关键技术研究[D]. 李位祥.沈阳工业大学 2012
[3]潜油螺杆泵采油系统轴向承载关键技术研究[D]. 张旭.沈阳工业大学 2009
[4]填充橡胶材料的疲劳性能研究[D]. 高勋朝.哈尔滨工业大学 2006



本文编号：3168513