石油鉆桿管端加厚成形過程的數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、鉆桿是石油鉆采行業(yè)中大量使用的重要零件,要求具有很高的強度、抗拉及抗疲勞性能。研究表明,在鉆桿管端加厚過程中所形成的內(nèi)加厚過渡帶的形狀對鉆桿的使用壽命有顯著影響。因此優(yōu)化石油鉆桿管端加厚工藝,改善鉆桿內(nèi)加厚過渡帶的幾何形狀,有利于減輕應(yīng)力集中,提高鉆桿的使用壽命。由于鉆桿加厚成形過程的復(fù)雜性,必須通過適當(dāng)?shù)募訜釡囟?、變形體積、變形速度和變形力來保證管端加厚的形狀和尺寸。本文通過對石油鉆桿管端加厚工藝流程和影響因素的深入研究,在參考國內(nèi)外

2、研究成果的基礎(chǔ)上,提出采用已得到廣泛應(yīng)用的熱力耦合有限元法對石油鉆桿管端加厚的成形過程進行分析研究,并開展了如下的具體工作: 首先對石油鉆桿管端加厚的成形過程進行分析,深入了解各因素對最終成形的影響,參考已有的經(jīng)驗設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求,針對G105級φ127×9.19mm規(guī)格鉆桿初步設(shè)計了鉆桿管端加厚工具和加厚變形工藝方案。 然后在考慮石油鉆桿管端加厚的成形過程及工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了鉆桿管用材料的物理模擬試驗方案。在Gle

3、eble-1500熱模擬試驗機上,采用等溫壓縮試驗研究了石油鉆桿用G105級鋼(API標(biāo)準(zhǔn))在高溫壓縮變形時的熱塑性變形特性。在確認(rèn)了試驗的有效性和修正了由于變形功熱產(chǎn)生的溫升后,參考已有的經(jīng)驗公式,在Matlab軟件中用回歸分析方法建立了合適的石油鉆桿用G105級鋼高溫條件下的流變應(yīng)力本構(gòu)方程?;貧w分析表明,該回歸方程比較顯著,在試驗溫度和應(yīng)變速率范圍內(nèi)具有較高的精度。 將上述所得本構(gòu)方程作為有限元模擬時的材料模型,針對G10

4、5級φ127×9.19mm石油鉆桿,在大型有限元軟件MSC.Marc中建立石油鉆桿管端加厚的有限元模型,采用剛粘塑性熱力耦合有限元法,對管端加厚初步設(shè)計的成形過程進行了模擬。通過對成形過程應(yīng)力、應(yīng)變場和溫度場分析,揭示了管端加厚過程中的金屬流動變化情況,對工藝和模具設(shè)計具有一定的參考意義和實際應(yīng)用價值。 最后針對初步設(shè)計工藝方案中出現(xiàn)的的管端加厚產(chǎn)品缺陷,對加厚工具及變形工藝進行改進,在MSC.Marc中對石油鉆桿管端加厚過程再

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