石油鉆桿管端加厚成形過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

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(qiáng)度、抗拉及抗疲勞性能。研究表明，在鉆桿管端加厚過(guò)程中所形成的內(nèi)加厚過(guò)渡帶的形狀對(duì)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(guò)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(guò)程的復(fù)雜性，必須通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜釡囟?、變形體積、變形速度和變形力來(lái)保證管端加厚的形狀和尺寸。本文通過(guò)對(duì)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(guó)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(duì)石油鉆桿管端加厚的成形過(guò)程進(jìn)行分析研究，并開展了如下的具體工作： 首先對(duì)石油鉆桿管端加厚的成形過(guò)程進(jìn)行分析，深入了解各因素對(duì)最終成形的影響，參考已有的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，針對(duì)G105級(jí)φ127×9.19mm規(guī)格鉆桿初步設(shè)計(jì)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(guò)程及工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了鉆桿管用材料的物理模擬試驗(yàn)方案。在Gle

3、eble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上，采用等溫壓縮試驗(yàn)研究了石油鉆桿用G105級(jí)鋼（API標(biāo)準(zhǔn)）在高溫壓縮變形時(shí)的熱塑性變形特性。在確認(rèn)了試驗(yàn)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(yàn)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(jí)鋼高溫條件下的流變應(yīng)力本構(gòu)方程。回歸分析表明，該回歸方程比較顯著，在試驗(yàn)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(shí)的材料模型，針對(duì)G10

4、5級(jí)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(duì)管端加厚初步設(shè)計(jì)的成形過(guò)程進(jìn)行了模擬。通過(guò)對(duì)成形過(guò)程應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)分析，揭示了管端加厚過(guò)程中的金屬流動(dòng)變化情況，對(duì)工藝和模具設(shè)計(jì)具有一定的參考意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 最后針對(duì)初步設(shè)計(jì)工藝方案中出現(xiàn)的的管端加厚產(chǎn)品缺陷，對(duì)加厚工具及變形工藝進(jìn)行改進(jìn)，在MSC.Marc中對(duì)石油鉆桿管端加厚過(guò)程再