旋转抽油杆柱接触非线性有限元分析

发布时间：2024-05-12 17:28

　　在螺杆泵实际采油过程中,抽油杆柱在复杂的荷载下做旋转偏心运动,引起杆柱振动,易与油管柱发生接触碰撞,从而导致严重的偏心磨损及失效等问题。本文基于有限元理论就杆管非线性接触问题展开了深入研究,最终论证了抽油杆柱转速、直径、以及下泵深度与接触力及转动摩擦功的关系。首先,通过简化与假设,应用有限元理论分析了旋转抽油杆柱在正常工作中的横扭耦合振动,建立了杆柱非线性耦合振动动力学有限元模型,推导计算了旋转抽油杆柱的整体刚度矩阵和质量矩阵,最终建立了该杆柱整体横扭振动动力学平衡方程。用ANSYS软件模拟抽油杆柱横扭耦合振动分析,获得了旋转抽油杆柱横扭耦合振动的基本规律,更进一步完善了杆柱振动理论与方法。其次,对旋转抽油杆柱进行接触非线性静力学分析,首次引入了旋转抽油杆柱与油管柱新接触模型,该模型能确保接触段内旋转抽油杆柱与油管柱紧贴在一起,且满足条件:接触段内节点位移都等于限定值;旋转抽油杆柱横截面绕其变形曲线副法线轴的转角为0。进行接触非线性动力学分析时,在以往研究边界方法的基础上,引入了一种新的思路,结合有限元法构造形函数,应用时间历程形函数来构造旋转抽油杆柱与油管壁动态边界问题,将动态边界模...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1模拟接触问题的标记表示

西安石油大学硕士学位论文8第二章螺杆泵旋转抽油杆柱基本理论分析螺杆泵旋转抽油杆柱在实际正常工作中进行高速圆周运动，由于杆柱本身结构的初始缺陷，导致抽油杆柱在旋转离心力和耦合振动的作用下发生横向变形位移。由于油井的结构不是垂直的，当杆柱屈曲严重时，横向位移过大时，抽油杆柱可能就会与....

图2-2接触界面显示局部单位矢量表示主控表面

西安石油大学硕士学位论文8第二章螺杆泵旋转抽油杆柱基本理论分析螺杆泵旋转抽油杆柱在实际正常工作中进行高速圆周运动，由于杆柱本身结构的初始缺陷，导致抽油杆柱在旋转离心力和耦合振动的作用下发生横向变形位移。由于油井的结构不是垂直的，当杆柱屈曲严重时，横向位移过大时，抽油杆柱可能就会与....

图2-3接触点对及点对间的距离1

第二章螺杆泵旋转抽油杆柱基本理论分析9接触问题时，接触的界面不但要能够与不可侵入要求相吻合，其面力亦必须能够与动量守恒相吻合。图2-3接触点对及点对间的距离（1）不可侵入性如图2-3所示，假设坐标Apt是t时刻At上任意指定点，该点至Bt面上最近点)(BtQ的距离g可表示如下：=....

图2-4两接触物体示意图

西安石油大学硕士学位论文12图2-4两接触物体示意图2.2.2接触单元分析使用有限元法解决界面接触时，最简单并且直观的方法是在两物体界面接触上设置一个不同于其他的单元，简称接触单元。考虑接触单元，建立接触结构总平衡方程式，一般使用空间直梁单元是有限元建模的常见情况。在模拟分析杆柱....

本文编号：3971651