一種套管特殊螺紋接頭性能的有限元分析.pdf

1、ISO13679作為評(píng)價(jià)油套管螺紋接頭性能的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可。然而，該標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)周期長(zhǎng)且花費(fèi)高。因此，本文以一種套管特殊螺紋接頭為研究對(duì)象，采用計(jì)算機(jī)有限元仿真方法按照 ISO13679的試驗(yàn)程序來(lái)對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，以探索一種低成本又高效的特殊扣評(píng)價(jià)方法。
　　首先，根據(jù)彈塑性接觸理論，考慮了有限元分析過程中的幾何非線性、材料非線性和邊界條件非線性問題，建立套管特殊螺紋接頭有限元模型（FEM）。在有限元模型的基礎(chǔ)上，

2、依照ISO13679 CALⅢ A系、B系載荷包絡(luò)線試驗(yàn)程序，計(jì)算了該套管特殊螺紋接頭承受拉伸、壓縮、內(nèi)壓、外壓等復(fù)合載荷作用下的等效應(yīng)力、法向接觸應(yīng)力分布情況，同時(shí)對(duì)位移、接觸位移、切向接觸應(yīng)力與套管特殊扣接觸狀態(tài)的關(guān)系進(jìn)行了討論。引入材料熱相關(guān)參數(shù)，計(jì)算了套管特殊螺紋接頭在C系熱循環(huán)試驗(yàn)各階段工況作用下的熱應(yīng)力、接觸應(yīng)力分布情況。按照極限載荷試驗(yàn)程序，分析了套管特殊螺紋接頭在承受高內(nèi)壓條件下至失效、壓縮條件下外壓至失效、拉伸至失效等

3、八種極限失效載荷路徑下的連接強(qiáng)度及氣密封性。最后通過內(nèi)壓至失效、拉伸至失效兩個(gè)實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證了有限元計(jì)算結(jié)果。
　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在包絡(luò)線分析中接頭應(yīng)力分布呈現(xiàn)中間低兩端高的現(xiàn)象，螺紋段、管體端面頂點(diǎn)附近局部發(fā)生屈服，整個(gè)過程發(fā)現(xiàn)拉伸載荷越大，越不利于密封，內(nèi)壓載荷明顯存在自密封效果；外螺紋的應(yīng)力值總是大于接箍的應(yīng)力值，說(shuō)明管子外螺紋和接箍相比，是容易失效的一方；為解決在引入摩擦后特殊螺紋仿真計(jì)算難收斂問題，以“軟接觸”替代“硬接觸”的

4、方式可以有效改善；隨著溫度由低至高的變化，管體與接箍的屈服強(qiáng)度下降，密封效果越差；在極限狀態(tài)下套管特殊扣的抗拉伸、抗壓縮、抗內(nèi)壓、抗外擠能力均大于API規(guī)定值，表現(xiàn)的失效形式有斷裂、爆破、壓潰等，其中抗內(nèi)壓與抗拉伸結(jié)果通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)比較吻合。
　　研究表明：采用計(jì)算機(jī)有限元仿真的方法按照 ISO13679程序要求進(jìn)行復(fù)雜載荷下特殊扣結(jié)構(gòu)與密封完整性評(píng)價(jià)是可行的，可以極大地節(jié)約時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，能在一定程度上代替接頭的實(shí)物評(píng)價(jià)。