石油钻的疲劳寿命研究

《石油钻的疲劳寿命研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、MechanicalEngineeringandTechnology机械工程与技术,2014,3,138-143PublishedOnlineDecember2014inHans.http://www.hanspub.org/journal/methttp://dx.doi.org/10.12677/met.2014.34018ResearchontheFatigueLifeoftheOilDrillCollarCaiyunYuan,YahuiCuiXi’anUniversityofTechnology,Xi’an

2、Email:819438419@qq.comthththReceived:Sep.10,2014;revised:Oct.17,2014;accepted:Oct.28,2014Copyright©2014byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Abstr

3、actThepracticalproblemofadrillcollarfatiguefractureaccidentoccurringintheusingprocessisstudied.Onthebasisofthelinearfatiguecumulativedamagetheory,therevisedManson-Coffinequationisusedtoestimatethefatiguelifeofdrillcollar.FurtherthefiniteelementsoftwareANSYSWor

4、kbenchisappliedtosimulatetheanalysis.Comparingtheresultsoftheanalysis,wecanconcludethatitcanbeappliedinthepracticalengineering.KeywordsDrillCollar,FatigueFracture,ANSYSWorkbench石油钻铤的疲劳寿命研究袁彩云，崔亚辉西安理工大学，西安Email:819438419@qq.com收稿日期：2014年9月10日；修回日期：2014年10月17日；录

5、用日期：2014年10月28日摘要本文针对某钻铤在使用过程中发生疲劳断裂事故的实际问题进行了分析研究。在线性疲劳累计损伤理论138石油钻铤的疲劳寿命研究的基础上，采用修正过的曼森–科芬方程对钻铤的疲劳寿命进行估算，进一步通过ANSYSWorkbench有限元软件进行仿真分析。结果表明，仿真分析的危险截面与真实情况相符，且其得出的寿命与理论估算基本吻合，为工程设计提供参考。关键词钻铤，疲劳断裂，ANSYSWorkbench1.引言在石油开采工业中，钻铤是钻柱的重要组成部分，连接着钻杆和钻头。由于钻井条件比较恶劣，故钻

6、具受液流冲蚀、磨损及温度等环境的影响，其表面更容易产生微小裂纹，长期积累效应将导致疲劳断裂[1][2]。一般来说，钻铤的疲劳断裂问题发生在螺纹连接处，故大部分学者对此类问题进行了分析和讨论。但是，某型钻铤在使用过程中出现中部凹槽断裂的现象，本文则针对此类钻铤疲劳断裂失效[3][4]的具体问题展开研究，在理论分析和计算的基础上，进一步通过Pro/E和ANSYSWorkbench软件进行疲劳寿命仿真[5][6]来验证结果的可靠性。2.疲劳理论及计算2.1.基本理论的选用疲劳是由于材料在重复载荷作用下，在材料传力途径有局

7、部缺陷或瑕疵点处逐渐形成裂纹并扩展到断裂的一种行为[7]。金属的疲劳现象分为高周疲劳和低周疲劳。高低周疲劳寿命的临界循环次数为104。对于高周疲劳来说，由于其应力水平较高，故对其进行疲劳寿命估算时可采用应力寿命估算法；而对于低周疲劳，其变应力水平很高，故对其进行疲劳寿命估算时常采用应变寿命估算法。疲劳寿命估算的基本理论是线性疲劳累积损伤理论(Miner理论)以及修正的线性疲劳累积损伤理论。根据各国大量实验研究的进展，有不少人提出了预测寿命的方法，其中得到普遍应用的是Coffin-Manson定律。曼森等人又将30多

8、种静强度不同的材料进行了等应变幅疲劳试验的分析，最终归纳出了低周疲劳的普遍公式(1)。α∆⋅=εNC(1)p1式中：∆εp为塑性应变幅，N为断裂寿命，α为材料的塑性指数，C1为疲劳延性系数。兰格将曼森–科芬方程中的塑性应变幅度用含有虚拟应力幅的关系式(2)来表示，以便考虑有应力集中的影响。并取科芬建议的系数(αε=0.5,C=0.5)，提出了适用于高低周疲劳