一种套管特殊螺纹接头性能的有限元分析

发布时间：2017-12-24 20:32

  本文关键词：一种套管特殊螺纹接头性能的有限元分析　出处：《西安石油大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 套管特殊接头 连接强度 气密封性 FEM ISO13679

【摘要】：ISO13679作为评价油套管螺纹接头性能的权威标准,得到了行业内的广泛认可。然而,该标准试验周期长且花费高。因此,本文以一种套管特殊螺纹接头为研究对象,采用计算机有限元仿真方法按照ISO13679的试验程序来对其进行性能评价,以探索一种低成本又高效的特殊扣评价方法。首先,根据弹塑性接触理论,考虑了有限元分析过程中的几何非线性、材料非线性和边界条件非线性问题,建立套管特殊螺纹接头有限元模型(FEM)。在有限元模型的基础上,依照ISO13679 CALⅢA系、B系载荷包络线试验程序,计算了该套管特殊螺纹接头承受拉伸、压缩、内压、外压等复合载荷作用下的等效应力、法向接触应力分布情况,同时对位移、接触位移、切向接触应力与套管特殊扣接触状态的关系进行了讨论。引入材料热相关参数,计算了套管特殊螺纹接头在C系热循环试验各阶段工况作用下的热应力、接触应力分布情况。按照极限载荷试验程序,分析了套管特殊螺纹接头在承受高内压条件下至失效、压缩条件下外压至失效、拉伸至失效等八种极限失效载荷路径下的连接强度及气密封性。最后通过内压至失效、拉伸至失效两个实物试验验证了有限元计算结果。结果发现:在包络线分析中接头应力分布呈现中间低两端高的现象,螺纹段、管体端面顶点附近局部发生屈服,整个过程发现拉伸载荷越大,越不利于密封,内压载荷明显存在自密封效果;外螺纹的应力值总是大于接箍的应力值,说明管子外螺纹和接箍相比,是容易失效的一方;为解决在引入摩擦后特殊螺纹仿真计算难收敛问题,以“软接触”替代“硬接触”的方式可以有效改善;随着温度由低至高的变化,管体与接箍的屈服强度下降,密封效果越差;在极限状态下套管特殊扣的抗拉伸、抗压缩、抗内压、抗外挤能力均大于API规定值,表现的失效形式有断裂、爆破、压溃等,其中抗内压与抗拉伸结果通过试验结果对比发现比较吻合。研究表明:采用计算机有限元仿真的方法按照ISO13679程序要求进行复杂载荷下特殊扣结构与密封完整性评价是可行的,可以极大地节约时间与经济成本,能在一定程度上代替接头的实物评价。同时,计算机仿真评价还可以发现实物试验中所无法观察到的现象,对于优化改进接头设计具有参考价值。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE931.2

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本文编号：1329870