套管螺紋接頭連接性能的接觸有限元分析

寶鋼BG系列套管螺紋接頭油套管介紹

我國(guó)油管螺紋接頭的使用性能與國(guó)外產(chǎn)品相比仍不盡理想。重點(diǎn)從油管螺紋接頭的耐磨潤(rùn)滑處理入手,提出了提高其耐磨性和固體潤(rùn)滑性能措施,以解決現(xiàn)有油管在使用中存在的一些問(wèn)題,為提高油管使用壽命提供參考。

快速上扣螺紋接頭是一種適用于大口徑套管的接箍螺紋連接方式,具有對(duì)扣容易、上扣效率高、不錯(cuò)扣的特點(diǎn),特別適合于海上等惡劣環(huán)境作業(yè)。根據(jù)市場(chǎng)需求,寶鋼開(kāi)發(fā)出了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的快速上扣螺紋接頭。介紹了寶鋼快速上扣螺紋接頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程,利用有限元方法對(duì)齒形角、螺紋中徑、錐度、連接強(qiáng)度等進(jìn)行分析,確定了接頭的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。開(kāi)發(fā)的快速上扣螺紋接頭產(chǎn)品分別在寶鋼實(shí)驗(yàn)室和西安管研院完成并通過(guò)了全尺寸實(shí)物性能試驗(yàn),13.375in規(guī)格已在油田完成下井試驗(yàn),證明產(chǎn)品的上扣完整性、密封完整性、結(jié)構(gòu)完整性滿足油田使用要求。

利用ansys大型分析軟件,建立屬于表面非線性和材料非線性相耦合問(wèn)題的復(fù)合材料錨桿螺紋螺帽聯(lián)接的彈塑性軸對(duì)稱接觸有限元模型。對(duì)復(fù)合材料錨桿螺紋螺帽在間隙配合時(shí)軸向載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,復(fù)合材料錨桿螺紋螺帽聯(lián)接能夠滿足煤礦安全生產(chǎn)的強(qiáng)度和剛度要求,為復(fù)合材料螺紋螺帽聯(lián)接的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù),對(duì)復(fù)合材料錨桿螺紋螺帽聯(lián)接在工程實(shí)際中的推廣使用有著重要的意義。

分析了溫差變化工況下設(shè)備內(nèi)部接管密封失效的原因,通過(guò)將傳統(tǒng)平面密封形式改為函式的o形圈密封,將螺紋接頭接管改為內(nèi)外雙套管等方式及將原普通螺紋接頭改為o形圈函式密封和迷宮密封結(jié)合的特殊結(jié)構(gòu),解決了在溫差變化工況下接頭松動(dòng)導(dǎo)致平面密封壓力不足而產(chǎn)生泄漏的問(wèn)題。

針對(duì)沖壓連接接頭拉剪強(qiáng)度的數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。對(duì)0.7mm低碳鋼+0.7mm低碳鋼以及1mm低碳鋼+1mm低碳鋼板沖壓連接接頭的剪切拉伸過(guò)程建立有限元模型,采用數(shù)值模擬的方法分析沖壓連接接頭的拉剪強(qiáng)度及失效形式。并且通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程驗(yàn)證有限元模擬結(jié)果的可靠性。在確定有限元模型可靠的情況下,分析了沖壓連接接頭處的網(wǎng)格尺寸以及沖壓連接接頭的嵌入值對(duì)沖壓連接接頭的影響。研究結(jié)果表明:有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好;合適的網(wǎng)格尺寸能夠在優(yōu)化計(jì)算時(shí)間的同時(shí)得到可靠的計(jì)算結(jié)果;沖壓連接接頭的拉剪強(qiáng)度受上板嵌入值影響。

接觸問(wèn)題是一種典型的邊界條件非線性問(wèn)題,接觸體的接觸面積和壓力分布隨外載荷變化而變化。在分析接觸問(wèn)題時(shí),使用abaqus/standard模塊,能正確模擬接觸的過(guò)程,判斷接觸狀態(tài)、輸出接觸壓力、接觸面積、能量的變化、局部方向的摩擦剪應(yīng)力和相對(duì)切向滑移。通過(guò)對(duì)螺釘連接的法蘭套和支座的接觸分析,得到螺釘、法蘭套和支座變形程度和應(yīng)力大小,以便于正確施加螺釘夾緊力。

鋼筋等強(qiáng)度剝肋滾壓直螺紋接頭是將待連接的鋼筋端部用配套的鋼筋滾 壓直螺紋成型機(jī)剝肋滾壓成直螺紋，通過(guò)連接套筒將兩根鋼筋連接成一 體的、能充分發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度的機(jī)械連接方式。該連接方式適用于混凝土 結(jié)構(gòu)中直徑為16－40的hrb335、hrb440熱軋帶肋受力鋼筋的任意方向 連接。 一、施工準(zhǔn)備 1、材料準(zhǔn)備： 鋼筋應(yīng)具有出廠合格證和力學(xué)性能檢驗(yàn)報(bào)告，所有檢驗(yàn)結(jié)果，均應(yīng)符合 現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。連接套筒應(yīng)有出廠合格證，一般為低合金 鋼或優(yōu)質(zhì)炭素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于、等于被連接鋼筋的 受拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值的1.20倍，套筒長(zhǎng)為鋼筋直徑的二倍，套筒應(yīng)有保護(hù) 蓋，保護(hù)蓋上應(yīng)注明套筒的規(guī)格。套筒在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中，要防止銹 蝕和沾污，套筒的尺寸偏差及精度要求見(jiàn)表1。 表1：套筒尺寸偏差及精度要求 套筒直徑d外徑允許偏差長(zhǎng)度允許偏差螺紋精度 ≤50±0.5±0.56h/g

鉆桿接頭是鉆桿失效的主要部位,而影響接頭受力的主要因素為接頭螺紋。利用ansys有限元軟件對(duì)螺紋的三種主要形式(臺(tái)肩、錐度以及牙型)作了分析比較,為千米鉆機(jī)鉆桿的設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。

鋼筋滾壓直螺紋連接技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛使用,但目前沒(méi)有國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),本文通過(guò)對(duì)滾壓直螺紋連接技術(shù)的強(qiáng)度和連接最小螺紋扣數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析,給出了比較合適的最小螺紋旋和長(zhǎng)度和螺紋扣數(shù)(9~11扣),為今后該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用提供參考。

1 電連接器接觸件應(yīng)力場(chǎng)有限元分析研究 一、課題主要研究?jī)?nèi)容 經(jīng)查文獻(xiàn)可知ansys可以研究電連接器插拔過(guò)程中的接觸壓力的具體數(shù)值 和變化趨勢(shì)。除此，還可以研究電連接器工作過(guò)程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力問(wèn)題。根據(jù)項(xiàng)目的 要求（研究不同工作電流/溫度下應(yīng)力變化規(guī)律），可以確定本論文的主要任務(wù)是 研究電連接器工作過(guò)程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力問(wèn)題。本論文以電連接器為研究對(duì)象，其目 的是研究工作中的電連接器插孔應(yīng)力松弛行為及其引發(fā)電接觸失效的微觀機(jī)理， 構(gòu)建電連接器應(yīng)力松弛蛻化模型，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測(cè)工作溫度范圍內(nèi) 電連接器的工作壽命。 二、擬采用的方案 （1）有限元分析軟件的選取 本課題擬選取ansys有限元分析軟件進(jìn)行仿真。 （2）有限元分析方法的選?。ㄖ苯玉詈虾烷g接耦合分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)） 電連接器接觸件結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)有限元分析研究有兩種方法，即直接耦合方法和 間接耦合分析方法。當(dāng)耦合場(chǎng)之間的

鋼筋錐螺紋接頭,是把鋼筋的連接端加工成錐形螺紋(簡(jiǎn)稱絲頭),通過(guò)錐螺紋連接套把兩根帶絲頭的鋼筋,按規(guī)定的力矩值連接成一體的鋼筋接頭。錐螺紋接頭能承受拉、壓兩種作用力,自鎖及密封性能好,連接質(zhì)量可靠,工藝簡(jiǎn)單、易于操作。錐螺紋連接套為專業(yè)廠定型產(chǎn)品,施工單位可預(yù)先訂購(gòu);鋼筋套絲在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,操作技術(shù)簡(jiǎn)單,工人易于掌握。

應(yīng)用ansys有限元應(yīng)力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定(hg20583-1998),分別建立了內(nèi)部施焊和外部施焊的內(nèi)伸入式接管與殼體間焊接接頭的模型,分析了焊接接頭處應(yīng)力分布情況,并對(duì)焊接接頭處的應(yīng)力進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,內(nèi)部施焊的整個(gè)焊縫x方向的應(yīng)力平均值大于外部施焊焊縫;外部施焊的整個(gè)焊縫y方向應(yīng)力水平略大于內(nèi)部施焊焊縫;內(nèi)部施焊焊縫等效應(yīng)力的應(yīng)力值小,但其高應(yīng)力區(qū)域范圍較大。

本文應(yīng)用ansys有限元應(yīng)力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定(hg20583-1998),分別建立內(nèi)部施焊和外部施焊的內(nèi)伸入式接管與殼體間焊接接頭的模型,分析焊接接頭處應(yīng)力分布的情況,并對(duì)焊接接頭處的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明:a類焊接接頭所受應(yīng)力最大;c類焊接接頭應(yīng)力相對(duì)較小;b類焊接接頭受力效果最好。若可以對(duì)焊縫的坡口連接拐點(diǎn)附近進(jìn)行優(yōu)化,可以大大的減小應(yīng)力水平,改善焊縫的受力情況。

對(duì)鋼筋等強(qiáng)度直螺紋接頭連接的施工方法、連接接頭的規(guī)格及種類,以及鋼筋等強(qiáng)度直螺紋的特點(diǎn)作了闡述。鋼筋等強(qiáng)度直螺紋接頭連接是處理鋼筋接頭的一種新的施工工藝,具有一定的推廣和利用價(jià)值

第1頁(yè)，共4頁(yè) 鋼筋直螺紋機(jī)械連接工藝試驗(yàn)報(bào)告 一、概述 本標(biāo)段位于寶豐至郟縣境內(nèi)，樁號(hào)：sh(3)56+000～sh(3)61+957.6，全長(zhǎng)為5.9576km。 標(biāo)段內(nèi)共有各類建筑物11座，其中河渠交叉2座、渠渠交叉1座，左岸排水1座，節(jié)制 閘1座、退水閘1座。公路橋4座，生產(chǎn)橋1座?；炷良颁摻罨炷?4.73萬(wàn)m3、砌 石及砂石墊層14.7萬(wàn)m3、鋼筋制安6827.3t。 二、試驗(yàn)?zāi)康?、適用范圍 通過(guò)本次鋼筋接頭直螺紋機(jī)械連接試驗(yàn)，確定鋼筋直螺紋機(jī)械連接施工工藝及參數(shù)。 本次試驗(yàn)確定的連接施工工藝及參數(shù)適用于本標(biāo)段蘭河涵洞式渡槽及肖河?xùn)|溝排水導(dǎo)虹 吸鋼筋制作安裝施工。 三、編制依據(jù) 1、《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》jgj107-2010 2、《滾軋直螺紋鋼筋連接接頭》jg163-2004 3、《水工混凝土鋼筋施工規(guī)范》d

住房輸水用管一般采用鋼管或鍍鋅管,前者易于銹蝕,后者價(jià)格比鋼管貴得多,而其它管材的防腐方法價(jià)格也不便宜。20多年前在前蘇聯(lián)就研究過(guò)在鋼管內(nèi)鑲套聚乙烯管的方法,并將這種管用在工業(yè)輸送有腐蝕性

直連型套管螺紋接頭比接箍式套管的加工難度大,常見(jiàn)的問(wèn)題是螺紋接頭偏心。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)某油田到貨的直連型套管接頭臺(tái)肩壁厚進(jìn)行檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)套管接頭偏心嚴(yán)重。對(duì)該批套管檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,認(rèn)為套管接頭偏心與管端彎曲有關(guān)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,認(rèn)為該批套管接頭產(chǎn)品過(guò)程能力指數(shù)不足。為了從根本上解決直連型套管接頭偏心問(wèn)題,提出了訂貨補(bǔ)充技術(shù)條件。該技術(shù)條件不僅使油田到貨驗(yàn)收有了技術(shù)依據(jù),而且也對(duì)工廠質(zhì)量控制具有指導(dǎo)作用。

根據(jù)φ244.5mm(95/8英寸)套管偏梯形螺紋接頭的實(shí)際工作情況,建立了預(yù)緊力、軸力、內(nèi)外壓力、彎矩和扭矩等載荷工況的力學(xué)模型,并依據(jù)力學(xué)模型建立了該接頭的有限元網(wǎng)格模型.采用彈塑性接觸問(wèn)題的有限元分析方法分析了上扣、下套管、旋轉(zhuǎn)套管3種典型工況下該接頭的接觸壓力分布、應(yīng)力分布和應(yīng)變分布,可以揭示螺紋接頭接觸區(qū)和牙齒的彈塑性行為,對(duì)工程應(yīng)用有重要的指導(dǎo)作用.研究表明:偏梯形螺紋接頭的前3個(gè)牙齒和最后3個(gè)牙齒的應(yīng)力和接觸壓力都很大,螺紋連接在這些部位后很容易發(fā)生粘扣.

隔水導(dǎo)管特殊螺紋接頭的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于降低生產(chǎn)成本，提高鉆井速度。提高生產(chǎn)效率，可以用于打樁作業(yè)。在設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)ansys有限元分析計(jì)算軟件建模，模擬其打樁時(shí)受力狀態(tài)，進(jìn)行分析計(jì)算，得出其裝配應(yīng)力分布和應(yīng)力值，得出在加載載荷后的應(yīng)力分布及應(yīng)力值的大小，通過(guò)與所選材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析計(jì)算為進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。

為確保足夠的連接強(qiáng)度,聯(lián)接入井的特殊螺紋接頭密封面、扭矩臺(tái)肩處的密封副必須保持合理的應(yīng)力水平。文中以某特殊螺紋接頭為例,通過(guò)ansys有限元軟件進(jìn)行應(yīng)力分析,得到了內(nèi)壓、軸向力及復(fù)合載荷等不同載荷作用下油管接頭的應(yīng)力分布規(guī)律。結(jié)論表明:內(nèi)壓與軸向拉力復(fù)合作用時(shí),隨著軸向拉力的增大,最大等效應(yīng)力點(diǎn)由密封面逐漸向大端螺紋處轉(zhuǎn)移;復(fù)合載荷作用下,該特殊螺紋接頭兩端仍有較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象,存在應(yīng)力不均問(wèn)題,應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)螺紋參數(shù)。

雙螺紋接頭g1din2982螺紋接頭是一種常用的管道連接元件，其設(shè)計(jì)和制造均符合din2982標(biāo)準(zhǔn)。這種接頭的主要特點(diǎn)是采用了雙螺紋設(shè)計(jì)，使得連接更加穩(wěn)固，密封性能更好。在工業(yè)生產(chǎn)中，雙螺紋接頭g1din2982螺紋接頭被廣泛應(yīng)用于各種管道系統(tǒng)，如水、氣、油等介質(zhì)的輸送管道中，能夠有效保證管道系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。