本文關(guān)鍵詞：連續(xù)管滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,連續(xù)油管技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,主要涉及到從鉆井到采油的每個(gè)階段,既在傳統(tǒng)作業(yè)方面得到長(zhǎng)足的進(jìn)步,又在其他新的作業(yè)方面得到飛速的發(fā)展,如打撈、測(cè)井、注水泥、擴(kuò)眼、除垢、完井及鉆井等。連續(xù)油管鉆井技術(shù),因其具有高效的鉆井、適應(yīng)性廣泛、對(duì)環(huán)境低污染小以及成本低等特性,逐漸形成了石油鉆井技術(shù)發(fā)展的主流方向。與國(guó)外日臻成熟的連續(xù)油管技術(shù)相比較,國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚,相關(guān)技術(shù)亟待進(jìn)行深入的研究。連續(xù)管滾筒是連續(xù)管作業(yè)機(jī)的特征裝置,其結(jié)構(gòu)型式、尺寸、力學(xué)性能等是影響連續(xù)管作業(yè)機(jī)的重要因素。由于連續(xù)管滾筒的結(jié)構(gòu)型式比較簡(jiǎn)單,因此對(duì)滾筒裝置的研究往往被忽略。實(shí)踐中,連續(xù)管作業(yè)存在管體變形、纏繞紊亂、注入頭翻轉(zhuǎn)、連續(xù)管打滑等現(xiàn)象而導(dǎo)致作業(yè)失��；另外,滾筒由于體量過大,也在一定程度上制約了連續(xù)管作業(yè)機(jī)的作業(yè)能力。因此,本文通過對(duì)連續(xù)管在滾筒上的纏繞力學(xué)性能研究、滾筒的強(qiáng)度計(jì)算、滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化等方面進(jìn)行綜合研究,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滾筒的輕量化設(shè)計(jì)。本論文的研究對(duì)改善連續(xù)管作業(yè)機(jī)的作業(yè)性能,提高連續(xù)管的工作壽命具有重要的意義。本文首先通過對(duì)連續(xù)管彎曲內(nèi)力和連續(xù)管在滾筒上的纏繞模型的分析,得到了連續(xù)管張緊力的計(jì)算方法；在連續(xù)管松弛角確定的基礎(chǔ)上,得到了連續(xù)管在滾筒上纏繞時(shí)不同纏繞層數(shù)的張緊力和截面軸力。其次,針對(duì)連續(xù)管纏繞時(shí)滾筒的整體受力情況進(jìn)行了分析,得到了滾筒在工作過程中主要承受了連續(xù)管對(duì)滾筒筒身的徑向壓力和對(duì)滾筒擋板的軸力壓力、連續(xù)管的自身重量以及最外層連續(xù)管對(duì)滾筒的集中力和扭矩作用；并根據(jù)材料力學(xué)相關(guān)計(jì)算公式、結(jié)合EXCEL辦公軟件及MATLAB科學(xué)計(jì)算軟件等,對(duì)上述載荷進(jìn)行了計(jì)算。再次,根據(jù)滾筒的基本作業(yè)原理、功能和結(jié)構(gòu)組成,對(duì)連續(xù)管滾筒的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),主要包括滾筒筒芯和擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并運(yùn)用SOLIDWORKS建模軟件建立了滾筒的三維模型。最后,在滾筒載荷計(jì)算及滾筒模型建立的基礎(chǔ)上,應(yīng)用WORKBENCH軟件對(duì)滾筒模型進(jìn)行了強(qiáng)度分析,發(fā)現(xiàn)滾筒的簡(jiǎn)身結(jié)構(gòu)有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。因此,計(jì)算壁厚不同的滾筒結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和筒身表面開孔后的滾筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,確定了滾筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最佳方案；分析了滾筒載荷及不同工況對(duì)滾筒強(qiáng)度的影響。通過對(duì)滾筒強(qiáng)度影響因素的研究,加深了對(duì)滾筒的性能的了解,為以后滾筒的深入研究打下基礎(chǔ)。本文通過對(duì)連續(xù)管對(duì)滾筒上的纏繞模型的分析及滾筒載荷的計(jì)算,在滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模的基礎(chǔ)上,對(duì)滾筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析及優(yōu)化,其主要研究成果如下：(1)通過對(duì)連續(xù)管在滾筒上的纏繞模型的分析,運(yùn)用材料力學(xué)和數(shù)學(xué)積分方法推導(dǎo)了連續(xù)管彎曲內(nèi)力的計(jì)算公式；運(yùn)用EXCEL中的單變量計(jì)算法得到連續(xù)管張緊力的計(jì)算方法；(2)通過對(duì)滾筒整體受力情況的分析,得到了滾筒所受的主要載荷及其計(jì)算方法；并運(yùn)用材料力學(xué)厚壁筒相關(guān)公式推導(dǎo)和MATLAB科學(xué)計(jì)算軟件,形成了連續(xù)管纏繞在滾筒上時(shí)的徑向和軸向載荷的計(jì)算程序；(3)論文對(duì)設(shè)計(jì)的滾筒模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,并且通過改變滾筒壁厚尺寸和減量孔設(shè)計(jì),優(yōu)選了滾筒的結(jié)構(gòu)尺寸,使得滾筒結(jié)構(gòu)重量最小化,滾筒質(zhì)量減輕了446 kg,減輕比例達(dá)到16.25%。綜上所述,本文在對(duì)滾筒進(jìn)行受力分析、載荷計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用數(shù)值模擬的方法,對(duì)滾筒進(jìn)行了強(qiáng)度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了滾筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最佳方案,實(shí)現(xiàn)了滾筒輕量化設(shè)計(jì)的目的,對(duì)滾筒結(jié)構(gòu)的深入研究提供了一定的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：連續(xù)管滾筒 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 有限元數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE931.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究目的及意義10
• 1.2 連續(xù)管滾筒的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及研究思路17-19
• 第2章 連續(xù)管纏繞力學(xué)行為分析19-32
• 2.1 連續(xù)管彎曲內(nèi)力分析19-25
• 2.2 連續(xù)管張力模型分析25-27
• 2.3 連續(xù)管張緊力和截面軸力計(jì)算27-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 連續(xù)管滾筒的受力分析及載荷計(jì)算32-49
• 3.1 連續(xù)管滾筒的整體受力分析32
• 3.2 滾筒所受的徑向和軸向載荷的計(jì)算32-47
• 3.3 滾筒所受的連續(xù)管重量載荷的計(jì)算47
• 3.4 滾筒所受的集中力和扭矩計(jì)算47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第4章 連續(xù)管滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49-55
• 4.1 連續(xù)管滾筒的基本工作原理49
• 4.2 連續(xù)管滾筒總成的結(jié)構(gòu)組成與功能49-50
• 4.3 連續(xù)管滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及三維建模50-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 連續(xù)管滾筒的有限元分析55-75
• 5.1 連續(xù)管滾筒有限元模型的建立55-59
• 5.2 連續(xù)管滾筒的有限元分析結(jié)果59-61
• 5.3 連續(xù)管滾筒的結(jié)構(gòu)優(yōu)化61-71
• 5.4 滾筒強(qiáng)度的影響因素研究71-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 第6章 總結(jié)75-76
• 致謝76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 個(gè)人簡(jiǎn)介80-81

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