基于三维模型的螺杆钻具传动轴螺纹强度评价研究

为了研究螺杆钻具传动轴在三维井眼轨迹空间中的受力状态,根据螺纹连接的有限元控制方程,建立1种带螺旋升角的直扣螺纹力学模型,采用有限元方法对其进行计算,研究相应工况下连接螺纹的强度,结果表明:分别在压缩、扭转、弯扭组合载荷作用下,公扣螺纹端整体受到的应力比母扣螺纹要大3~4倍;压缩载荷也是连接螺纹粘扣的重要原因;传动轴接头受到弯扭组合作用的影响最大,其次为扭矩载荷,影响最小的是压缩载荷;长期在弯扭载荷作用下工作,会导致螺纹接头发生屈服破坏。以上结论有助于对传动轴的力学强度进行定性和定量判断,为进一步研究传动轴连接螺纹的受力提供了1种新的认识。     

储气井螺纹连接安全性有限元模拟分析及实验研究

储气井是一种新型压力容器,其螺纹连接的安全性目前既没有经过充分的研究论证,也没有经过实践的充分检验.通过实验和有限元模拟方法,对储气井螺纹连接的安全性进行了分析研究,得出了以下结论:(1)储气井模拟构件在极限内压实验过程中,在管体发生强度失效前,螺纹连接接头部位先发生泄漏失效,表明螺纹连接接头是储气井的薄弱环节;(2)储气井在极限内压条件下的破坏模式为“漏而不破”,这一特性有益于保障储气井的安全;(3)螺纹沟槽对于井管管体而言是一种“损伤”,但其并没有增高螺纹连接接头部位的结构应力,原因是因为接箍起到了加强作用;(4)螺纹连接接头部位螺纹牙底存在应力集中,可能会导致疲劳失效,建议设计时予以重点考虑,内压疲劳实验结果显示螺纹连接接头的抗疲劳性能满足储气井一般工况要求.     

力磁效应下螺栓拉伸过程中磁信号检测试验

为探究高压设备在承压过程中法兰连接处螺栓受应力情况，基于力磁耦合效应，结合对螺栓拉伸过程中应力分布的有限元仿真，对螺栓进行了轴向拉伸过程中的应力检测，探究了螺纹连接不同位置的磁信号在拉伸过程的变化。试验结果表明:螺母前几扣处应力较大，后几扣处几乎没有应力集中；对螺栓六角头进行磁信号检测，发现六角头处应力集中不明显；对比42CrMo及35CrMo材料试样在相同拉伸及卸载载荷情况下的磁信号，反映了不同材料应力增大均可促进其磁信号发生变化；通过检测螺母有无铁磁性时螺栓拉伸过程中的磁信号，发现螺母所受压应力对磁信号变化影响较大。结果对工程应用磁信号检测金属法兰密封性具有指导性作用。     

N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估北大核心CSCD

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

地表载荷对硬岩区埋地管道应力应变影响分析

为研究地表载荷对硬岩区埋地管道力学性能的影响,建立了管-土耦合三维数值模型,分析了地表载荷大小、作用面积、管道压力、管道径厚比及回填土弹性模量对管道应力分布、塑性应变、椭圆度的影响。结果表明:地表压载作用下,高应力区首先出现在管道顶部且呈椭圆形;随着地表载荷及其作用面积的增大,管道高应力区逐渐扩大,管道截面左右两侧也出现应力集中;随着回填土弹性模量、管道壁厚及内压的增加,管道顶部高应力区及最大等效应力均减小。塑性应变首先出现在管顶,且塑性区随地表载荷、载荷作用长度增加而增大,随回填土体弹性模量及管道壁厚增大而逐渐减小;当内压为0~4MPa时,管道塑性应变及塑性区随内压的增大而减小。管道椭圆度随回填土体弹性模量、管道内压、壁厚增加而逐渐减小,随地表压载增大而增大。     

基于Bezier曲线的特殊螺纹密封面参数化设计

为提高油套管特殊螺纹密封性能,优化特殊螺纹密封结构,基于Bezier曲线理论方法,提出1套特殊螺纹球面对锥面密封结构参数化设计方法,并设计了1种基于Bezier曲线理论的特殊螺纹密封结构。通过数值模拟方法,对比分析新型特殊螺纹密封结构与传统球面/锥面密封结构形式密封面上接触应力分布。结果表明:基于Bezier曲线设计的特殊螺纹密封结构可提高密封面接触压力,改善螺纹接头密封区塑性区域分布,有利于提高特殊螺纹接头的抗疲劳性能,有效预防特殊螺纹接头应力腐蚀断裂,为深井、超深井油管柱螺纹接头的密封设计提供参考。     

动力扰动诱发巷帮煤体冲击矿压机制研究

基于煤岩介质的动力扰动载荷理论,对动力扰动诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压机制进行了研究。利用FLAC3D软件数值模拟了深埋巷道围岩,尤其是帮部煤体对动力扰动的响应。结果表明,随扰动载荷增加,巷道围岩速度、应力和位移均产生了急剧变化,两帮煤体发生严重拉伸破坏,塑性分布区明显扩大。始终维持极限平衡状态的深埋巷道帮部煤体在动载反复扰动下容易产生超高应力集中,帮壁煤体发生破坏,形成应力转移,导致深部煤体由三向应力状态迅速转化为双向或单向应力状态。同时,动载产生的强烈振动改变了顶底板对煤层的约束条件,降低了摩擦阻力,诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压。根据现场统计,大安山矿+550 m西二褶曲轴10下槽回风顺槽动力扰动诱发的冲击矿压为35次,约占冲击显现总数的93.3%。     

城镇燃气埋地含缺陷聚乙烯管道应力分析

建立了埋地含缺陷聚乙烯管道模型,应用有限元方法计算管道的应力和变形量,分别考虑管道内压、地面载荷和管道缺陷深度变化对管道应力和变形的影响。研究结果表明,管道最大应力随管道内压的增大而增大;随地面载荷的增加呈先减小后增大趋势;随管道缺陷深度增大而增大。管道变形量随内压增大而增大,但增长较小;随地面载荷增大而增大,增长较大;管道缺陷深度只对管道缺陷处变形量有影响。研究结果为确定城镇燃气聚乙烯管道工作能力提供了理论依据。     

高速列车运行中火灾状态结构安全分析

为了分析高速列车火灾时在紧急制动以后运行的安全性,选取列车在隧道内运行的场景,通过FDS软件模拟得到火灾后车体内温度场,基于一维热传导理论得到车体结构的温度场分布,在车体结构材料本构中考虑高温对强度及刚度的弱化影响,通过ABAQUS计算列车在最大压缩载荷和拉伸载荷作用下的应力分布和垂向位移。通过分析得到车体大面积温度在500℃左右;最大压缩载荷下车体底架前部构件出现断裂失效,底架中间出现裂纹,中间的垂向位移在42～80 mm之间,最大拉伸载荷下车体损伤略小,车体未出现断裂,底架前部和中间的垂向位移在40～50 mm范围内;底架中间高温是导致断裂失效的最主要原因,在隔热设计中需要对此重点考虑。     

多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置（如垂直段、造斜段、水平段）、不同自身规格（如钢级、外径、壁厚）和不同约束条件（如内压、孔径、螺距）等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。     

配式钢混拱桥钢板加固立柱节点抗震研究

为研究装配式钢筋混凝土拱桥腹孔墩柱节点在地震荷载作用下的力学性能和破坏机理,通过拟静力试验和数值模拟计算,对比分析了立柱节点未加固、钢板加固两种情况下的抗震性能.设计制作8mm的钢板加固试件,采用拟静力试验得到试件的滞回曲线、等效阻尼比、初始刚度、荷载-位移骨架曲线作为衡量结构的耗能能力的指标.建立了装配式钢筋混凝土拱...     

堆载作用下埋地管道应力影响因素及失效荷载研究*

为探究地面堆载导致埋地油气管道失效的事故影响因素,通过对管道在堆载作用下的工程案例进行概化,以X70管道为研究对象,采用有限元软件建立管道在堆载作用下的三维模型,采用理论计算验证模型的可行性,开展管道应力与变形分析,探讨不同的堆载强度、管道埋设深度、下卧层土体杨氏模量、管道内压与堆载偏移距离对管道应力的影响,同时开展多因素耦合研究。研究结果表明:深埋管道会促进附加应力向两端扩散,管道中心部位以外的应力值呈现为深埋＞浅埋;当下卧层杨氏模量大于20 MPa后,管道偏于安全;内压在0~2 MPa时,可以抵消部分堆载对管道的影响,内压大于2 MPa后,管道应力整体增大,此时管道应力由内压主导;得到不同管道埋深与不同下卧层土体杨氏模量耦合工况下X70管道失效时的堆载强度。研究结果可为埋地管道在堆载作用下的安全防护问题提供参考。     

梁柱全焊接节点火灾响应特性分析

采用有限元法对梁柱全焊接节点在火灾下的热、结构响应进行模拟,分析了不同升温条件下全焊接节点的火灾行为,揭示了特定参数对全焊接节点的火灾响应特性,对比分析了全焊连接和栓焊连接节点的抗火性能。结果表明:具有不同升温速率的火灾曲线对全焊节点到达极限状态的时间有显著影响;全焊接节点加载的荷载比越大,节点到达极限状态的时间越短;带有加劲肋的全焊节点耐火时间略长于无加劲肋的节点;在相同升温条件下,全焊节点的耐火时间比栓焊节点的长,抗火临界温度略高于栓焊节点。可为钢结构全焊接节点的抗火设计提供技术参考。     

受火方式和防火层对梁柱全焊节点抗火性能影响分析

梁柱节点作为钢结构的重要组成部分,在火灾下极易遭到破坏。全焊节点具有较好的塑性变形能力,且抗震性能较好,在高烈度地震地区广泛应用。采用有限元法对梁柱全焊节点抗火性能进行数值模拟,研究不同受火方式下全焊节点的力学行为,揭示不同受火方式时梁柱各节点处温度变化规律,并对比分析有无防火层对全焊节点温度的影响规律。研究结果表明:不同受火方式对全焊节点温度影响较大。节点全部受火时节点各处温度变化曲线基本接近,结构各部位温差较小,整体处于高温状态;梁柱两面受火时受火面温度马上升高,远离受火位置的节点温度升高缓慢,节点各处温差较大。将节点全部受火与不受火进行对比发现,节点全部受火时节点各处应力明显大于不受火情况,温度升高使节点承载能力下降。在柱内壁和梁下侧施加防火层,升温最快的是防火层区域,且有防火层区域节点温度整体低于无防火层节点,对节点施加防火层可以有效降低整体结构升温。     

基于ABAQUS的穿越公路输气管道力学性状分析

为研究穿越公路埋地天然气管道在车辆载荷下的力学性状,运用ABAQUS有限元软件建立了输气管道-覆盖土壤的三维接触模型,模拟了不同管径、管道壁厚、管道内压、管道埋深以及交通载荷工况下,管道的应力应变情况,得到了不同变量条件下埋地天然气管道的应力应变规律。研究结果表明:交通载荷下输气管道穿越公路时,从经济性考虑,其埋深应控制在2m范围内;结合管道内压,对不同超载程度下重载车辆对埋地管道的力学性能影响进行分析,从安全性考虑,管道宜采用套管敷设穿越形式。所得结论可为输气管道穿越公路段的设计提供参考。     

预应力RC梁抗火性能试验研究与有限元分析

为了考察预应力钢绞线张拉控制应力和梁的持荷水平两个因素对无粘结预应力混凝土梁抗火性能的影响,基于 ISO834标准升温曲线,对4根无粘结预应力混凝土梁进行恒载升温试验,同时应用ANSYS有限元软件建立无粘结预应力混 凝土梁有限元模型,进行恒载升温过程的有限元数值模拟。结果表明:有限元计算结果与试验结果符合较好;预应力钢 绞线张拉控制应力越大,预应力损失速度越快,梁变形速率越快,耐火性能越差;梁上作用荷载水平越高,跨中挠度越 大,变形速率越快,耐火极限越小。