本文選題：軸承 + 密封圈��； 參考：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)》2017年碩士論文

【摘要】：軸承是深井鉆探旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器中起關(guān)鍵作用的零部件,密封件則是懸掛器軸承不可或缺的重要構(gòu)成部分。如果密封失效致使外界液體侵入,則會(huì)使軸承的安全性和工作穩(wěn)定性降低進(jìn)而影響固井。因此本文運(yùn)用有限元的方法對(duì)該軸承需用的O形和Y形兩種密封元件進(jìn)行了分析與研究,并對(duì)Y形密封件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。首先,分析了兩種密封圈各自的密封機(jī)理、溝槽等有關(guān)設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)形式與使用場(chǎng)合,通過(guò)參數(shù)化建模的方法,建立了二維軸對(duì)稱有限元分析模型,確定了相關(guān)的材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)單元類型、接觸單元類型與設(shè)置、邊界條件和加載方式。其次,利用ANSYS建立了參數(shù)化的O形密封圈二維分析模型,通過(guò)對(duì)壓縮率、介質(zhì)壓力、密封間隙等因素的數(shù)值模擬,分析了它們對(duì)O形密封圈的力學(xué)性能和密封性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明O形密封圈滿足密封性能,且其最佳壓縮率是20%。然后,借助ANSYS軟件研究了介質(zhì)壓力、過(guò)盈量對(duì)Y形密封圈力學(xué)及密封性能影響。利用ANSYS-PDS概率設(shè)計(jì)模塊,利用命令流語(yǔ)句提取出Y形密封圈在介質(zhì)壓力下的接觸應(yīng)力最大值和等效應(yīng)力最大值并以此作為概率設(shè)計(jì)系統(tǒng)的響應(yīng)量計(jì)算出Y形密封圈的可靠度。通過(guò)概率設(shè)計(jì)結(jié)果的后處理得到Y(jié)形密封圈靈敏度的條狀圖和餅狀圖,分析得到共同影響Y形密封圈力學(xué)和密封性能的靈敏度顯著的幾何參數(shù)b1、cc,為下一步針對(duì)性的優(yōu)化提供依據(jù)。最后,選用ANSYS命令流零階優(yōu)化的方法,通過(guò)編程提取Y形密封圈一定安全范圍內(nèi)的最大接觸應(yīng)力為邊界條件;編程提取Y形密封圈最大等效應(yīng)力,然后使其最小值為目標(biāo)函數(shù)。通過(guò)優(yōu)化前后的對(duì)比發(fā)現(xiàn),密封圈最大等效應(yīng)力明顯減少約30%,最大接觸應(yīng)力在能夠保證密封性能的安全范圍內(nèi)降低約10%,證實(shí)了零階優(yōu)化方法和優(yōu)化后Y形密封圈力學(xué)和密封性能的合理性。本文采用概率統(tǒng)計(jì)與ANSYS分析技術(shù)相結(jié)合的方法,能很好地分析不同參數(shù)因素對(duì)密封性能的影響,在工程實(shí)踐中具有很好的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Bearing is the key part of the rotary tail pipe hanger in deep well drilling, and the seal is an indispensable part of the suspension bearing. If the sealing failure causes the external liquid to be invaded, the safety and stability of the bearing will be reduced and the cementing is reduced. Therefore, this paper applies the finite element method to the bearing. Two kinds of sealing components, O and Y, are analyzed and studied, and the structure of Y seals is optimized. First, the sealing mechanism of the two seals, the design requirements of the grooves and other related design requirements, the structure form and the application situation, and the two-dimensional axisymmetric finite element analysis model are established by the parameterized modeling method. Related material parameters, structural unit type, contact element type and setting, boundary condition and loading mode. Secondly, a parameterized two-dimensional analysis model of O shaped seal is established by ANSYS. Through numerical simulation of the compression rate, medium pressure, seal gap and other factors, the mechanical properties and sealing properties of the O ring seal are analyzed. The results show that the O shaped seal meets the sealing performance, and the optimum compression rate is 20%., and the influence of the medium pressure and the interference amount on the mechanical and sealing properties of the Y seal ring is studied with the aid of ANSYS software. The contact stress of the Y shaped seal ring under the medium pressure is extracted by the ANSYS-PDS probability design module. The maximum value and the maximum equivalent stress value are used as the response of the probability design system to calculate the reliability of the Y - shaped seal. Through the post-processing of the probabilistic design results, the bar and pie chart of the sensitivity of the Y - shaped seal are obtained, and the geometric parameters, B1, CC, which are sensitive to the mechanical and sealing properties of the Y - shaped seals, are obtained. In order to provide the basis for the optimization of the next step, the method of zero order optimization of ANSYS command flow is selected, and the maximum contact stress in a certain safety range of the Y shaped seal is extracted by programming. The maximum equivalent stress of the Y ring is extracted by programming, and the minimum value is the objective function. The maximum equivalent stress of the sealing ring is obviously reduced by about 30%, the maximum contact stress is reduced by about 10% in the safety range that can guarantee the sealing performance, which confirms the zero order optimization method and the rationality of the mechanical and seal performance of the Y shaped seal after the optimization. In this paper, the combination of probability statistics and ANSYS analysis technique can be used to analyze the different parameters well. The influence of factors on sealing performance has good guiding significance in engineering practice.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE925.2

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本文編號(hào)：1782596