壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法，本發(fā)明通過(guò)現(xiàn)有有限元軟件進(jìn)行建模，定義各部件材料屬性和邊界條件，進(jìn)行計(jì)算得到在不同螺紋過(guò)盈量下內(nèi)外螺紋之間及接觸端面的受力云圖，并通過(guò)理論推導(dǎo)出螺紋過(guò)盈量與上扣扭矩關(guān)系曲線，結(jié)合實(shí)際測(cè)定的上扣扭矩，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)螺紋過(guò)盈量下高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度。本發(fā)明充分考慮了實(shí)際上扣扭矩下高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的綜合受力情況，對(duì)由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋進(jìn)行了合理、準(zhǔn)確的模擬，可以廣泛應(yīng)用于壓裂作業(yè)下由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋強(qiáng)度計(jì)算中，為壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的設(shè)計(jì)及使用提供了一種可靠的依據(jù)。
【專利說(shuō)明】
壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及石油、天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種壓裂作業(yè)用高壓管匯由 壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓管匯是用于石油工業(yè)輸送流體的主要產(chǎn)品，在壓裂作業(yè)過(guò)程中扮演者重要角 色，其采用的由壬連接結(jié)構(gòu)具有易更換、承壓高、密封性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。然而近年來(lái)，隨著壓裂 作業(yè)工藝技術(shù)的提升，內(nèi)部流體壓力不斷攀升，現(xiàn)有高壓管匯由壬連接時(shí)因人工上扣扭矩 的差異，導(dǎo)致連接螺紋受力不同，使得由壬的連接強(qiáng)度存在差異，造成高壓管匯輸送高壓流 體安全性得不到保障，很容易出現(xiàn)事故。因此，對(duì)高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的應(yīng)力分布 進(jìn)行研究，尋找上扣扭矩與連接強(qiáng)度的關(guān)系，規(guī)范上扣扭矩，是提升高壓管匯使用性能的關(guān) 鍵。
[0003] 目前大部分對(duì)高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋設(shè)計(jì)的通常做法是根據(jù)壓力范圍并 參考美國(guó)ASME B1.5-ACME螺紋標(biāo)準(zhǔn)選用，再利用理論經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及 螺紋的受力計(jì)算，并評(píng)價(jià)其使用性能。沒(méi)有考慮上扣扭矩和扭矩差異的影響，未對(duì)整體由壬 連接結(jié)構(gòu)及螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，提供了一種更合理、更精確的 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法，更好地反映實(shí)際上扣扭矩工況 下高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的應(yīng)力特征，對(duì)提高高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的使用 性能、延長(zhǎng)高壓管匯的使用壽命、降低作業(yè)成本和提高操作人員生命安全具有十分重要的 意義。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、根據(jù)設(shè)定的螺紋過(guò)盈量對(duì)由壬連接螺紋部件進(jìn)行過(guò)盈裝配后，將由壬連 接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的幾何模型轉(zhuǎn)化為二維軸對(duì)稱模型，導(dǎo)入有限元軟件中對(duì)由壬 連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元網(wǎng)格模型；
[0008] 步驟二、定義材料屬性，所述材料屬性包括由壬連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的 材料的彈性模量、泊松比、屈服應(yīng)力和極限強(qiáng)度；
[0009] 步驟三、對(duì)步驟一中得到的有限元網(wǎng)格模型施加相應(yīng)的載荷邊界及約束邊界條 件，得到有限元模型，其中，所述載荷邊界包括由壬連接螺紋部件的螺紋連接部分的螺紋預(yù) 緊力、公由壬和母由壬的內(nèi)部流道壁承受的流體壓力，所述螺紋預(yù)緊力由步驟一中設(shè)定的 螺紋過(guò)盈量通過(guò)有限元軟件中的模型接觸模塊來(lái)控制;所述約束邊界條件包括母由壬和翼 形螺母之間的摩擦接觸關(guān)系、翼形螺母與擋圈之間的摩擦接觸關(guān)系、擋圈與公由壬之間的 綁定接觸關(guān)系、公由壬與母由壬之間的摩擦接觸關(guān)系；
[0010] 步驟四、將步驟三中得到的有限元模型在有限元軟件中進(jìn)行求解，得到與步驟一 中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量相對(duì)應(yīng)的由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖；
[0011] 步驟五、通過(guò)應(yīng)力分布云圖得到步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺 母的螺紋之間的接觸力，以及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力，再通過(guò)步驟一中設(shè)定的螺 紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力，以及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸 力計(jì)算對(duì)應(yīng)的上扣扭矩值；
[0012] 步驟六、改變步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量，重復(fù)步驟一到步驟五，得到不同螺紋過(guò) 盈量下的上扣扭矩值，繪制螺紋過(guò)盈量與上扣扭矩值之間的關(guān)系曲線圖，通過(guò)螺紋過(guò)盈量 與上扣扭矩值之間的關(guān)系曲線圖得到實(shí)際上扣扭矩值所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量，再以實(shí)際上扣 扭矩值所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量作為步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量，重復(fù)步驟一到步驟四，得到 與實(shí)際上扣扭矩值所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量相對(duì)應(yīng)的由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖，從而得到 與實(shí)際上扣扭矩值所對(duì)應(yīng)的高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋強(qiáng)度。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所 述步驟一中對(duì)由壬連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分使用Plane77單元進(jìn)行網(wǎng)格 劃分，網(wǎng)格單元大小為1mm，并特別對(duì)由壬連接螺紋部件的螺紋連接部分網(wǎng)格加密。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所 述步驟五中通過(guò)步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力， 以及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力計(jì)算對(duì)應(yīng)的上扣扭矩值的計(jì)算公式如下：
[0015] Τ = Τι+Τ2
[0016] 其中，^表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋扭矩值;Τ2 表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的扭矩值；
[0017] 1\的計(jì)算公式如下：
[0018]
[0019] F'表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力， 以及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力的軸向合力;cb表示母由壬和翼形螺母的螺紋中徑;φ 表示母由壬和翼形螺母的螺紋升角;Ρ表示母由壬和翼形螺母的螺紋當(dāng)量摩擦角；
[0020] 1~2的計(jì)算公式如下：
[0021]
[0022] μ表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面處的摩擦系數(shù);D表 示擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的最大直徑;d2表示擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的最小直徑。
[0023] 優(yōu)選的是，所述的裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所 述步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量為0~0. 〇8_。
[0024] 優(yōu)選的是，所述的裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所 述μ為0.15〇
[0025] 優(yōu)選的是，所述的裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所 述步驟六中實(shí)際上扣扭矩值通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)扭力扳手實(shí)際測(cè)得。本發(fā)明至少包括以下有益效果： [0026]本發(fā)明的高壓管匯由壬連接螺紋強(qiáng)度計(jì)算方法合理、準(zhǔn)確，分析、計(jì)算快速;能夠 滿足實(shí)際上扣扭矩下由壬連接螺紋強(qiáng)度校核，較為準(zhǔn)確的表達(dá)高壓管匯螺紋連接的實(shí)際情 況。該計(jì)算方法簡(jiǎn)單實(shí)用，提供了壓裂作業(yè)高壓管匯由壬連接螺紋設(shè)計(jì)的可靠性。
[0027] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明所述的高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明所述的二維軸對(duì)稱模型的示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明所述的螺紋過(guò)盈量與上扣扭矩之間的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照 說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 如圖1至圖3所示，一種壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方 法，包括以下步驟：
[0034] 步驟一、根據(jù)初始設(shè)定的螺紋過(guò)盈量，即先預(yù)設(shè)一個(gè)螺紋過(guò)盈量0.07mm對(duì)105MPa 高壓管匯由壬連接螺紋部件，即母由壬4和翼形螺母3進(jìn)行過(guò)盈裝配后，如圖2所示，將由壬 連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件，即母由壬4、翼形螺母3、擋圈2和公由壬1的幾何模型轉(zhuǎn)化為 二維軸對(duì)稱模型，導(dǎo)入有限元軟件中對(duì)所有部件使用Plane77單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，定義由壬 連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的網(wǎng)格單元大小為1mm，并特別對(duì)由壬連接螺紋部件的螺紋 連接部分網(wǎng)格加密。
[0035] 步驟二、定義由壬連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的材料屬性，其中，彈性模量為 200GPa、泊松比為0.3、屈服應(yīng)力為930MPa和極限強(qiáng)度為1080MPa。
[0036] 步驟三、對(duì)有限元網(wǎng)格模型施加相應(yīng)的載荷邊界及約束邊界條件，得到有限元模 型，其中，所述載荷邊界包括由壬連接螺紋部件的螺紋連接部分的螺紋預(yù)緊力、公由壬和母 由壬的內(nèi)部流道壁承受的流體壓力，螺紋預(yù)緊力由設(shè)定的螺紋過(guò)盈量0.07mm通過(guò)有限元軟 件中的模型接觸模塊來(lái)控制，即將螺紋過(guò)盈量〇. 〇7mm通過(guò)有限元軟件中的模型接觸模塊進(jìn) 行計(jì)算就能得到相對(duì)應(yīng)的螺紋預(yù)緊力，公由壬和母由壬的內(nèi)部流道壁承受的流體壓力為 105MPa;所述約束邊界條件包括母由壬和翼形螺母之間的摩擦接觸關(guān)系、翼形螺母與擋圈 之間的摩擦接觸關(guān)系、擋圈與公由壬之間的綁定接觸關(guān)系、公由壬與母由壬之間的摩擦接 觸關(guān)系;其中，設(shè)定的螺紋過(guò)盈量〇.〇7_下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面處的摩擦系數(shù)為0.15。 步驟四、將有限元模型在有限元軟件中進(jìn)行求解，得到與設(shè)定的螺紋過(guò)盈量〇.〇7mm相對(duì)應(yīng) 的由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖。
[0037] 步驟五、通過(guò)應(yīng)力分布云圖得到步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量0.07mm下的母由壬和 翼形螺母的螺紋之間的接觸力，以及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力，再通過(guò)設(shè)定的螺紋 過(guò)盈量0.07_下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力，以及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的 接觸力計(jì)算對(duì)應(yīng)的上扣扭矩值(總摩擦扭矩)的計(jì)算公式如下：
[0038] Τ = Τι+Τ2
[0039] 其中，^表示設(shè)定的螺紋過(guò)盈量0.07mm下的母由壬和翼形螺母的螺紋扭矩值;T2表 示設(shè)定的螺紋過(guò)盈量〇. 〇7_下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的扭矩值；
[0040] !\的計(jì)算公式如下：
[0041]
[0042] F'表示設(shè)定的螺紋過(guò)盈量0.07mm下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力，以 及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力的軸向合力;cU表示母由壬和翼形螺母的螺紋中徑，其 大小等于螺紋平均直徑;中表示母由壬和翼形螺母的螺紋升角，即在中徑圓柱面上螺旋線的 切線與垂直于螺旋線軸線的平面夾角;P表示母由壬和翼形螺母的螺紋當(dāng)量摩擦角，是摩擦 系數(shù)的逆正切角度；
[0043] ^的計(jì)算公式如下：
[0044]
[0045] μ表不設(shè)足的螺紋過(guò)盈量0.07mm下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面處的摩擦系數(shù);D表示 擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的最大直徑;d2表示擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的最小直徑。
[0046] 通過(guò)計(jì)算得到：Ti = 1157 · 2N*m，T2 = 1005 · 8N*m，T = 2163N*m，即得到上扣扭矩為 2163N*m〇
[0047] 步驟六、改變步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量，重復(fù)步驟一到步驟五，分別計(jì)算得到螺 紋過(guò)盈量為0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm時(shí)的上扣扭矩值，繪制螺紋過(guò)盈量與上扣扭矩 值之間的關(guān)系曲線圖，如圖3所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)扭力扳手實(shí)測(cè)的上扣扭矩為2003N*m，通過(guò)圖3 得到所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量為0.065mm，再以螺紋過(guò)盈量為0.065mm作為步驟一中設(shè)定的螺紋 過(guò)盈量，重復(fù)步驟一到步驟四，得到與實(shí)際上扣扭矩值2003N*m所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量 0.065mm相對(duì)應(yīng)的由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖，從而得到實(shí)測(cè)的上扣扭矩為2003N*m時(shí)的 高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖，并且應(yīng)力峰值為495.8MPa，位置在母由壬端的第 三個(gè)螺紋根部處，與實(shí)際情況吻合。
[0048] 實(shí)施例2
[0049] -種壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0050] 1)使用三維軟件建立由壬連接螺紋部分及相關(guān)聯(lián)部件的幾何模型；
[0051] 2)根據(jù)設(shè)定的螺紋過(guò)盈量進(jìn)行裝配后，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最弱的裝配位置處轉(zhuǎn)化為二維 軸對(duì)稱模型；
[0052] 3)將二維軸對(duì)稱模型導(dǎo)入有限元軟件中對(duì)所有部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元網(wǎng) 格模型。定義材料屬性，所述的材料屬性是指螺紋部分及相關(guān)聯(lián)部件材料的彈性模量、泊松 比、屈服應(yīng)力和極限強(qiáng)度；
[0053] 4)對(duì)有限元網(wǎng)格模型施加相應(yīng)的載荷邊界及約束邊界條件，所述的載荷邊界包括 螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的內(nèi)部流道壁承受流體壓力和螺紋連接部分的螺紋預(yù)緊力，所述 的螺紋預(yù)緊力通過(guò)設(shè)定的螺紋過(guò)盈量來(lái)控制，即螺紋預(yù)緊力由步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量 通過(guò)有限元軟件中的模型接觸模塊來(lái)控制;所述的約束邊界條件包括內(nèi)外螺紋之間的接觸 關(guān)系、翼形螺母與擋圈之間的接觸關(guān)系、擋圈與公由壬之間的接觸關(guān)系、公由壬與母由壬之 間的接觸關(guān)系；
[0054] 5)利用有限元軟件求解得出螺紋接觸力與不同螺紋過(guò)盈量的關(guān)系曲線，再根據(jù)理 論經(jīng)驗(yàn)公式求解出上扣扭矩和螺紋過(guò)盈量值關(guān)系曲線；
[0055] 6)重復(fù)2)_4)步驟，并利用有限元軟件求解可求解出實(shí)際上扣扭矩所對(duì)應(yīng)螺紋過(guò) 盈量下的高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋強(qiáng)度。
[0056] 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所述的高壓管匯連 接螺紋部分及其相關(guān)聯(lián)部件在網(wǎng)格劃分中使用Plane77單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，并特別對(duì)螺紋部分 網(wǎng)格加密。
[0057]壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，有限仿真模型求解 出螺紋之間接觸力及翼形螺母受壓面的接觸力，并結(jié)合理論經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，如下，確定作用 于所述壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的摩擦扭矩：
[0058]用1^表示螺紋扭矩，通過(guò)公式（1)計(jì)算；用!^表示翼形螺母受壓面的扭矩，通過(guò)公式 (2)計(jì)算;用T表示總摩擦扭矩，通過(guò)公式(3)計(jì)算：
[0059] (1)
[0060] (2)
[0061] T = Ti+T2 (3)
[0062] 公式中：
[0063] F'為有限仿真模型求解出螺紋之間接觸力及翼形螺母受壓面的接觸力的軸向合 力；
[0064] cb為螺紋中徑，等于螺紋平均直徑；
[0065] Φ為螺紋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面夾角；
[0066] p為螺紋當(dāng)量摩擦角，是摩擦系數(shù)的逆正切角度；
[0067] μ為翼形螺母受壓面處摩擦系數(shù)；
[0068] D為翼形螺母受壓面最大直徑；
[0069]山為翼形螺母受壓面最小直徑。
[0070] 其中，上扣扭矩等于由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的總摩擦扭矩。
[0071] 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所述的螺紋過(guò)盈量 數(shù)值范圍為〇~〇.〇8mm。
[0072] 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所述的螺紋之間接 觸關(guān)系和翼形螺母受壓面的接觸關(guān)系均設(shè)置為摩擦接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.15。
[0073] 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所述的擋圈與公由 壬之間接觸關(guān)系還可設(shè)置為綁定接觸。
[0074] 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，所述的實(shí)際上扣扭 矩是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)扭力扳手實(shí)際測(cè)得的。
[0075] 壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法中，求解出高壓管匯由 壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋強(qiáng)度，并得到von Mises應(yīng)力分布云圖，其峰值及分布狀態(tài)反映螺紋連接 性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法，其特征在于，包括 W下步驟： 步驟一、根據(jù)設(shè)定的螺紋過(guò)盈量對(duì)由壬連接螺紋部件進(jìn)行過(guò)盈裝配后，將由壬連接螺 紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的幾何模型轉(zhuǎn)化為二維軸對(duì)稱模型，導(dǎo)入有限元軟件中對(duì)由壬連接 螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元網(wǎng)格模型； 步驟二、定義材料屬性，所述材料屬性包括由壬連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件的材料 的彈性模量、泊松比、屈服應(yīng)力和極限強(qiáng)度； 步驟Ξ、對(duì)步驟一中得到的有限元網(wǎng)格模型施加相應(yīng)的載荷邊界及約束邊界條件，得 到有限元模型，其中，所述載荷邊界包括由壬連接螺紋部件的螺紋連接部分的螺紋預(yù)緊力、 公由壬和母由壬的內(nèi)部流道壁承受的流體壓力，所述螺紋預(yù)緊力由步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò) 盈量通過(guò)有限元軟件中的模型接觸模塊來(lái)控制;所述約束邊界條件包括母由壬和翼形螺母 之間的摩擦接觸關(guān)系、翼形螺母與擋圈之間的摩擦接觸關(guān)系、擋圈與公由壬之間的綁定接 觸關(guān)系、公由壬與母由壬之間的摩擦接觸關(guān)系； 步驟四、將步驟Ξ中得到的有限元模型在有限元軟件中進(jìn)行求解，得到與步驟一中設(shè) 定的螺紋過(guò)盈量相對(duì)應(yīng)的由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖； 步驟五、通過(guò)應(yīng)力分布云圖得到步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的 螺紋之間的接觸力，W及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力，再通過(guò)步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò) 盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力，W及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力計(jì) 算對(duì)應(yīng)的上扣扭矩值； 步驟六、改變步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量，重復(fù)步驟一到步驟五，得到不同螺紋過(guò)盈量 下的上扣扭矩值，繪制螺紋過(guò)盈量與上扣扭矩值之間的關(guān)系曲線圖，通過(guò)螺紋過(guò)盈量與上 扣扭矩值之間的關(guān)系曲線圖得到實(shí)際上扣扭矩值所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量，再W實(shí)際上扣扭矩 值所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量作為步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量，重復(fù)步驟一到步驟四，得到與實(shí) 際上扣扭矩值所對(duì)應(yīng)的螺紋過(guò)盈量相對(duì)應(yīng)的由壬連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖，從而得到與實(shí) 際上扣扭矩值所對(duì)應(yīng)的高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋強(qiáng)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法，其 特征在于，所述步驟一中對(duì)由壬連接螺紋部件及其相關(guān)聯(lián)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分使用Plane77 單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格單元大小為1mm，并特別對(duì)由壬連接螺紋部件的螺紋連接部分網(wǎng)格 加密。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法， 其特征在于，所述步驟五中通過(guò)步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋 之間的接觸力，W及擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力計(jì)算對(duì)應(yīng)的上扣扭矩值的計(jì)算公式如 下： Τ = Τ? 巧 2 其中，Τι表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋扭矩值;Τ2表示 步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的扭矩值； Τι的計(jì)算公式如下：F'表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的母由壬和翼形螺母的螺紋之間的接觸力，W及 擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的接觸力的軸向合力;di表示母由壬和翼形螺母的螺紋中徑;φ表示 母由壬和翼形螺母的螺紋升角;Ρ表示母由壬和翼形螺母的螺紋當(dāng)量摩擦角； Τ2的計(jì)算公式如下：μ表示步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量下的擋圈對(duì)翼形螺母受壓面處的摩擦系數(shù);D表示擋 圈對(duì)翼形螺母受壓面的最大直徑;cb表示擋圈對(duì)翼形螺母受壓面的最小直徑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法， 其特征在于，所述步驟一中設(shè)定的螺紋過(guò)盈量為0~0.08mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法， 其特征在于，所述μ為0.15。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裂作業(yè)用高壓管匯由壬連接結(jié)構(gòu)及螺紋的強(qiáng)度計(jì)算方法， 其特征在于，所述步驟六中實(shí)際上扣扭矩值通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)扭力扳手實(shí)際測(cè)得。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105975671SQ201610283817
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】王峻喬, 池勝高, 潘靈永, 宋滿華, 董火平, 李新年, 游艇, 周斌
【申請(qǐng)人】中石化石油工程機(jī)械有限公司研究院