抽油机关键部件的疲劳寿命研究

发布时间：2017-08-31 23:26

  本文关键词：抽油机关键部件的疲劳寿命研究

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【摘要】：抽油机是由多个构件构成的大型、复杂的机械系统,在抽油机的使用过程当中,抽油机的一些关键部件由于长时间的承受幅值较大、频率较高的循环交变载荷而发生疲劳破坏。对于抽油机部件来讲,疲劳破坏易发生的位置在结构发生突变的地方或部件间的连接处。即使这些部件或位置处交变载荷小于材料的强度极限,但在长时间承受交变载荷的作用后,也会在局部高应力区产生微观塑性变形,裂纹萌生、扩展,直至断裂,会造成直接的、严重的经济损失与人员伤亡。目前通常采用名义应力法预测对抽油机部件进行疲劳寿命预测,但名义应力法方法与疲劳机理不符,预测结果分散性大、精确度不高,无法对实际生产中抽油机部件的维修与更换提供可靠的指导依据,因此有必要对如何准确的预测抽油机部件疲劳寿命进行研究,为减少经济损失和人员伤亡提供一定程度的帮助。本文的研究工作主要体现在以下几个方面：(1)对国内外目前疲劳寿命预测方法进行了归纳,详述了每种方法的预测理论及预测流程,而后判断各种疲劳寿命预测方法在抽油机所处高周疲劳及多轴应力状态的适用性,选取具有较高预测精度且具有较强的对高周疲劳和多轴应力问题处理能力的应力场强法作为抽油机部件疲劳寿命预测的主要方法。(2)对应力场强法本身展开了研究。详述了应力场强法数学模型中各个参量的物理意义确定方法；应力场强的数值计算必须在有限元软件中完成,因此首先研究了应力场强数值计算过程即对应力场强表达式进行了离散化的处理；其次研究了应力场强在有限元软件中如何实现编程计算；以疲劳试验为依据验证了应力场强法中场径参量、权函数对疲劳寿命预测结果的影响；研究了场径与权函数之间的相互影响关系。(3)改进了应力场强法数学模型中一些参量的确定方法。对原有应力场强法中疲劳损伤区域即场径参量的确定方法进行了改进,可采用理论计算确定而不用试验确定,节约了预测成本,同时经疲劳试验数据验证,改进后的应力场强法能够取得更好的预测结果；采用以疲劳局部损伤区域内整体应力梯度代替原有各点应力梯度的方法,克服了各点应力梯度无法计算的缺点,经疲劳试验数据验证,改进后的应力场强法能够取得更好的预测结果。(4)采用抽油机部件疲劳寿命预测常用的名义应力法,改进前后的应力场强法对抽油机部件进行疲劳寿命预测。首先计算了抽油机的悬点载荷以及各部件所受载荷,在有限元软件中进行仿真,依据上述三中方法处理仿真结果,得出疲劳预测寿命。对比分析三种方法预测结果与试验结果,由误差分析得出结论改进后的应力场强法能够很好的适用于抽油机部件的疲劳寿命预测。
【关键词】：抽油机 疲劳寿命预测 应力场强法 有限元 场径 应力梯度
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究目的及意义9-11
• 1.2 国内外抽油机疲劳寿命预测现状11-12
• 1.2.1 国内研究现状11-12
• 1.2.2 国外研究现状12
• 1.3 论文主要研究内容及论文创新点12-14
• 1.3.1 论文主要研究内容12-13
• 1.3.2 论文创新点13-14
• 第2章 疲劳寿命预测方法14-24
• 2.1 疲劳及疲劳寿命概念14-15
• 2.2 疲劳的研究历程15
• 2.3 典型的疲劳寿命预测方法15-23
• 2.3.1 名义应力法16-18
• 2.3.2 局部应力应变法18-19
• 2.3.3 临界距离法19-21
• 2.3.4 断裂力学法21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 应力场强法的研究24-64
• 3.1 应力场强法的提出24-25
• 3.2 应力场强法在疲劳评定中的理论与计算25-29
• 3.2.1 场强法的理论基础25-28
• 3.2.2 应力场强法与其它方法的比较28-29
• 3.3 应力场强在有限元软件中的计算流程29-31
• 3.3.1 应力场强的表达式29-30
• 3.3.2 应力场强的计算流程30-31
• 3.4 场径确定方法31-41
• 3.4.1 目前场径的研究方法32
• 3.4.2 场径确定方法的研究32-34
• 3.4.3 场径的求取步骤34-37
• 3.4.4 场径大小影响因素的分析37-39
• 3.4.5 算例验证39-41
• 3.5 权函数对疲劳寿命预测结果的影响41-48
• 3.5.1 权函数的表示方式41-43
• 3.5.2 算例验证43-48
• 3.6 权函数中应力梯度的研究48-60
• 3.6.1 应力梯度对于疲劳寿命的影响48-49
• 3.6.2 原有应力场强法中应力梯度的表示49-50
• 3.6.3 改进的应力梯度表示50-54
• 3.6.4 改进方法适用性验证54-60
• 3.7 权函数与场径之间关系的研究60-63
• 3.7.1 权函数与场径的相互关系60-61
• 3.7.2 权函数对场径的影响61-63
• 3.8 本章小结63-64
• 第4章 抽油机各部件的疲劳寿命预测64-100
• 4.1 抽油机部件概述64-66
• 4.2 应力场强法疲劳寿命预测的实施步骤66-67
• 4.3 抽油机悬点载荷的计算67-77
• 4.3.1 异型抽油机运动分析67-73
• 4.3.2 异型抽油机悬点受力73-77
• 4.4 驴头疲劳寿命预测77-88
• 4.4.1 驴头载荷计算77
• 4.4.2 驴头交变载荷下的仿真77-80
• 4.4.3 驴头疲劳寿命的预测80-88
• 4.5 连杆疲劳寿命预测88-94
• 4.5.1 连杆载荷计算88
• 4.5.2 连杆交变载荷下的仿真88-90
• 4.5.3 连杆疲劳寿命的预测90-94
• 4.6 游梁疲劳寿命预测94-99
• 4.6.1 游梁受力分析94
• 4.6.2 游梁静态仿真94-96
• 4.6.3 游梁疲劳寿命的预测96-99
• 4.8 本章小结99-100
• 第5章 总结与展望100-102
• 5.1 总结100-101
• 5.2 展望101-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-106
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况106

【参考文献】

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本文编号：768568