本文關(guān)鍵詞：連續(xù)管卷繞矯直分析及疲勞研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：連續(xù)管在石油工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛,能大幅度提高作業(yè)效率。連續(xù)管卷繞在滾筒上,在作業(yè)過程中,滾筒上的連續(xù)管通過鵝頸導(dǎo)向器到注入器,由矯直器或注入器夾持矯直后注入井中。起升時通過相反的過程將連續(xù)管卷繞到滾筒上。連續(xù)管卷繞在滾筒上時,由于運輸條件等的限制,滾筒直徑不能太大,其彎曲半徑遠遠小于彈性極限半徑。因此,連續(xù)管在卷繞和矯直的過程中,將產(chǎn)生很大的塑性應(yīng)變,會引起連續(xù)管的殘余變形,也會引起連續(xù)管的損傷。反復(fù)的卷繞和矯直會使連續(xù)管產(chǎn)生低周疲勞,最終會導(dǎo)致連續(xù)管的疲勞破壞。在連續(xù)管的使用過程中,由連續(xù)管疲勞導(dǎo)致其失效的形式有：連續(xù)管開裂、穿孔；橢圓度太大；直徑增長過大(鼓包)等。連續(xù)管橢圓化對其通過注入頭的能力有影響,橢圓度太大則連續(xù)管無法通過井口下入井中,同時影響密封和設(shè)備的夾緊,更重要的是其對連續(xù)管抵抗外壓的能力有很大影響,橢圓化嚴重,連續(xù)管的擠毀抗力將大大降低；連續(xù)管在反復(fù)纏繞的過程中,塑性應(yīng)變在不斷累積增加,當(dāng)累積塑性應(yīng)變達到一定程度便會由于低周疲勞產(chǎn)生微小裂紋并隨著纏繞的進行不斷擴展。當(dāng)裂紋擴展到一定程度之后,便會造成連續(xù)管的穿孔或斷裂,直接導(dǎo)致連續(xù)管無法使用；連續(xù)管的直徑增長是其在工作中有內(nèi)壓,承受軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力這三軸應(yīng)力作用引起的。在較高內(nèi)壓的作用下,連續(xù)管直徑會增大,隨著循環(huán)彎曲次數(shù)的增加,管體直徑將越來越大,同時伴隨著壁厚的減薄。直徑增長過大(鼓包)將引起連續(xù)管與設(shè)備不兼容現(xiàn)象,容易造成連續(xù)管的嚴重失效。研究出連續(xù)管在滾筒上纏繞和卸繞及其它載荷作用下的橢圓度、直徑增長、壁厚變化、累積塑性應(yīng)變等參數(shù)的變化情況及其對連續(xù)管壽命的影響,可以對連續(xù)管作業(yè)中的注意事項進行研究,給出在不同工況下所應(yīng)采用的連續(xù)管管型和尺寸及對連續(xù)管最有利的工況,對現(xiàn)場中合理使用連續(xù)管做出指導(dǎo)。這對連續(xù)管的應(yīng)用有重要意義。就目前的了解,連續(xù)管在疲勞變形、破壞的實驗和理論上仍有一些不足,亟需改進,本文將從以下幾方面進行研究：(1)分析連續(xù)管卷繞彎曲時的受力情況通過對現(xiàn)有連續(xù)管疲勞實驗中連續(xù)管所受的載荷和現(xiàn)場中連續(xù)管的狀態(tài)以及目前人們對連續(xù)管彎曲的受力分析,分析連續(xù)管的受力情況。同時結(jié)合有限元分析連續(xù)管疲勞實驗中連續(xù)管所受的載荷和現(xiàn)場狀態(tài)中其所受的載荷對連續(xù)管變形的影響,驗證分析結(jié)果的正確性。(2)對連續(xù)管的材料模型進行研究連續(xù)管彎曲是一個大應(yīng)變問題,材料進入塑性階段,所選用的材料模型對計算結(jié)果有很大影響。同時連續(xù)管反復(fù)彎曲中涉及到載荷的加載與卸載,還必須考慮不同強化模型對計算結(jié)果的影響。通過運用連續(xù)管彎曲中直徑隨彎曲次數(shù)和內(nèi)壓的變化情況,研究理想彈塑性模型、雙線性彈塑性強化模型和Ramberg-Osgood形冪硬化材料模型在等向強化和隨動強化時對結(jié)果的影響,便于進行進一步的有限元分析。(3)研究連續(xù)管反復(fù)彎曲中橢圓度、累積塑性應(yīng)變和直徑增長率等參數(shù)在不同內(nèi)壓、不同彎曲半徑時隨彎曲次數(shù)的變化情況,分析不同操作條件對連續(xù)管壽命的影響在工作狀況下,連續(xù)管既要受到彎曲載荷的作用,又要受到內(nèi)壓的作用,所受到的載荷比較復(fù)雜。當(dāng)連續(xù)管反復(fù)彎曲時,會產(chǎn)生截面變成橢圓、直徑增長和壁厚變化等宏觀現(xiàn)象。這些現(xiàn)象主要是連續(xù)管在復(fù)雜載荷作用下彈塑性變形引起的。運用有限元的方法建立連續(xù)管彎曲的三維模型和二維模型對連續(xù)管彎曲中橢圓度、累積塑性應(yīng)變和直徑增長在彎曲中的變化規(guī)律進行研究,得到連續(xù)管在工作中不同的操作條件對其壽命的影響,同時對連續(xù)管現(xiàn)場作業(yè)中的注意事項進行分析,對連續(xù)管的合理使用做出指導(dǎo)。(4)分析連續(xù)管彎曲時的附加載荷,計算附加載荷引起的局部環(huán)向應(yīng)力連續(xù)管彎曲時,其彎曲曲率很大,導(dǎo)致連續(xù)管上產(chǎn)生較大的附加載荷。附加載荷會引起連續(xù)管中產(chǎn)生局部環(huán)向應(yīng)力,產(chǎn)生與內(nèi)壓同樣的損傷效果。(5)連續(xù)管卷繞矯直疲勞壽命計算通過對無內(nèi)壓時連續(xù)管卷繞拉直的附加載荷引起的局部環(huán)向應(yīng)力的分析,計算考慮連續(xù)管彎曲時的環(huán)向應(yīng)力,修正Tipton關(guān)于連續(xù)管低周疲勞的計算方法,找出一種一致的計算連續(xù)管在全部工作內(nèi)壓下的疲勞壽命預(yù)測方法。通過以上分析,可以得到以下成果或結(jié)論：(1)連續(xù)管彎曲中主要是彎矩載荷使連續(xù)管彎曲,為研究連續(xù)管低周疲勞壽命提供參考；(2)通過三維有限元模型分析,驗證了連續(xù)管彎曲中主要是彎矩載荷使連續(xù)管彎曲這一結(jié)論,為建立連續(xù)管彎曲的二維模型提供了依據(jù)。運用二維有限元模型研究了不同的操作條件對橢圓度、累積塑性應(yīng)變和直徑增長率等參數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)在高內(nèi)壓下連續(xù)管可彎曲次數(shù)少的現(xiàn)象。連續(xù)管在現(xiàn)場作業(yè)中應(yīng)選擇合適的管型,使連續(xù)管工作在較低的環(huán)向應(yīng)力下；(3)推導(dǎo)了連續(xù)管彎曲中的附加載荷,并通過附加載荷計算了無內(nèi)壓時其引起的環(huán)向應(yīng)力,從機理上解釋了Tipton在連續(xù)管壽命預(yù)測時低內(nèi)壓時壽命偏高的問題,為正確計算連續(xù)管的環(huán)向應(yīng)力提供了參考；(4)解決了連續(xù)管在零內(nèi)壓或低內(nèi)壓下疲勞壽命計算結(jié)果與實驗結(jié)果存在差異的問題,找到了一種一致的計算連續(xù)管在全部工作內(nèi)壓下的疲勞壽命預(yù)測方法。
【關(guān)鍵詞】：連續(xù)管 彎曲 有限元 塑性應(yīng)變 疲勞
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.2;TG335
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 連續(xù)管卷繞疲勞研究背景12
• 1.2 連續(xù)管卷繞疲勞研究意義12-13
• 1.3 管材彎曲研究現(xiàn)狀13
• 1.4 連續(xù)管彎曲疲勞研究現(xiàn)狀13-20
• 1.5 本文研究內(nèi)容20-22
• 第2章 連續(xù)管疲勞失效形式及卷繞矯直載荷分析22-31
• 2.1 連續(xù)管疲勞失效形式分析22-23
• 2.2 連續(xù)管卷繞矯直載荷分析23-31
• 第3章 連續(xù)管卷繞矯直模型分析31-39
• 3.1 連續(xù)管彎曲材料模型介紹31-33
• 3.2 材料真實應(yīng)力應(yīng)變曲線計算33-36
• 3.3 連續(xù)管卷繞矯直有限元模型的建立36-39
• 第4章 連續(xù)管卷繞矯直分析39-58
• 4.1 載荷加載方式的影響39-43
• 4.2 各種材料模型計算結(jié)果比較43-48
• 4.3 連續(xù)管卷繞矯直變形分析48-53
• 4.4 直徑增長規(guī)律研究53-58
• 第5章 連續(xù)管變形的影響及疲勞分析58-79
• 5.1 橢圓度對連續(xù)管抗外擠能力的影響58-60
• 5.2 疲勞壽命的計算60-79
• 第6章 總結(jié)與展望79-81
• 6.1 總結(jié)79-80
• 6.2 展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻82-87
• 個人簡介87-88

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  本文關(guān)鍵詞：連續(xù)管卷繞矯直分析及疲勞研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：287745