本文關(guān)鍵詞：壓裂泵動(dòng)力端連桿輕量化設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)對(duì)石油天然氣的需求量不斷增加,頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)采已成為國(guó)家能源開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略之一。壓裂泵是非常規(guī)油氣資源氣開(kāi)發(fā)中壓裂作業(yè)技術(shù)的核心設(shè)備,連桿是壓裂泵動(dòng)力端主要的傳動(dòng)部件之一,在工作中受到拉伸、壓縮和彎曲等交變載荷作用,容易在高應(yīng)力區(qū)域發(fā)生疲勞破壞,這就要求連桿在工作時(shí)不僅具有足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性能,還要求連桿的形狀合理,質(zhì)量盡可能輕,以減小連桿在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力。隨著壓裂泵朝大排量、大功率、高泵壓的方向發(fā)展,連桿的工作環(huán)境越來(lái)越惡劣。因此,進(jìn)行連桿輕量化設(shè)計(jì),對(duì)提高連桿工作的可靠性和使用壽命,確保壓裂泵能多段連續(xù)作業(yè)有重要的意義。本課題以某型號(hào)壓裂泵動(dòng)力端連桿為研究對(duì)象,用接觸有限元法對(duì)連桿靜態(tài)特性進(jìn)行分析,找出了結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),在此基礎(chǔ)上,對(duì)連桿進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。主要完成了以下工作:1.連桿運(yùn)動(dòng)和受力分析。采用解析法對(duì)連桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況進(jìn)行了分析,找到連桿所受作用力隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系式,并繪制了連桿在一個(gè)工作周期內(nèi)的載荷譜,得到了拉壓工況下連桿所受的最大載荷,為連桿有限元分析施加載荷邊界條件提供依據(jù)。2.連桿靜態(tài)特性分析。首先利用接觸有限元法(考慮十字頭銷、曲軸對(duì)連桿的影響)對(duì)連桿螺栓的強(qiáng)度進(jìn)行了分析,然后對(duì)連桿體與軸承座結(jié)合面不合理的螺栓布局進(jìn)行了設(shè)計(jì),使每個(gè)螺栓的受載均勻,在此基礎(chǔ)上,對(duì)連桿在最大拉工況和最大壓工況進(jìn)行了靜力學(xué)分析,得到了連桿在兩種工況下的應(yīng)力分布和變形情況,并對(duì)連桿高應(yīng)力區(qū)域的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核,通過(guò)對(duì)連桿靜力分析,找到了結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)以及需要改進(jìn)的部位,為后續(xù)連桿的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了依據(jù)。3.連桿輕量化設(shè)計(jì)。首先對(duì)連桿進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),找到了結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)的部位,在此基礎(chǔ)上,以連桿質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù),對(duì)軸承蓋壁厚、連桿應(yīng)力集中點(diǎn)及桿身等相關(guān)尺寸進(jìn)行了靈敏度分析,找出了對(duì)連桿質(zhì)量影響較大的尺寸,通過(guò)施加應(yīng)力約束和邊界約束條件,對(duì)連桿進(jìn)行了尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后對(duì)優(yōu)化后的連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)性能分析,驗(yàn)證了運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化獲得輕量化結(jié)果的合理性。
【關(guān)鍵詞】：連桿 有限元 輕量化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE934.2
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 課題背景及研究意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 壓裂泵發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 輕量化設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.3.1 研究目標(biāo)17
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第二章 有限元理論19-27
• 2.1 有限元法基本思想19-24
• 2.2 有限元法在接觸問(wèn)題中的應(yīng)用條件24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 連桿運(yùn)動(dòng)和載荷分析27-41
• 3.1 壓裂泵工作原理和基本結(jié)構(gòu)27-28
• 3.1.1 壓裂泵工作原理27-28
• 3.1.2 壓裂泵基本結(jié)構(gòu)28
• 3.2 柱塞和連桿運(yùn)動(dòng)分析28-35
• 3.2.1 柱塞運(yùn)動(dòng)分析29-33
• 3.2.2 連桿運(yùn)動(dòng)分析33-35
• 3.3 連桿受力分析35-38
• 3.4 連桿載荷分析38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 基于連桿螺栓的靜態(tài)分析41-53
• 4.1 連桿螺栓強(qiáng)度計(jì)算41-50
• 4.1.1 連桿螺栓靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度分析41-45
• 4.1.2 連接連桿體與軸承座的螺栓組布局設(shè)計(jì)45-50
• 4.2 改進(jìn)螺栓組布局后連桿靜力學(xué)分析50-51
• 4.2.1 最大拉工況50
• 4.2.2 最大壓工況50-51
• 4.3 連桿疲勞強(qiáng)度分析51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 連桿輕量化設(shè)計(jì)53-68
• 5.1 連桿優(yōu)化設(shè)計(jì)53-60
• 5.1.1 連桿拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)53-54
• 5.1.2 連桿尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)54-60
• 5.2 連桿優(yōu)化結(jié)果分析和對(duì)比60-67
• 5.2.1 連桿靜態(tài)分析結(jié)果對(duì)比61-63
• 5.2.2 連桿模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比63-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 總結(jié)與展望68-70
• 總結(jié)68
• 展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表論文75

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本文編號(hào)：1125115