石油是我國重要的戰(zhàn)略資源。潛油螺桿泵采油系統(tǒng)作為石油的舉升設(shè)備在石油工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。金屬轉(zhuǎn)子與橡膠定子組成的螺桿泵是潛油螺桿泵采油系統(tǒng)中重要的部件。橡膠定子在高溫高壓和交變載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋,進(jìn)而導(dǎo)致螺桿泵失效。研究疲勞損傷機(jī)理,找出疲勞裂紋的萌生位置,預(yù)測橡膠定子的疲勞壽命,對潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要意義。本文基于斷裂力學(xué)理論,建立了橡膠疲勞裂紋壽命預(yù)測模型。應(yīng)用有限元軟件計(jì)算出橡膠定子在工作狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變,并預(yù)測了其疲勞壽命。本文的主要內(nèi)容包括:詳細(xì)介紹了多種超彈性本構(gòu)模型的表達(dá)式和特點(diǎn)。根據(jù)拉伸與剪切試驗(yàn),擬合了多模型的應(yīng)力應(yīng)變曲線。選取了擬合精度較好的Mooney–Rivlin模型作為本文中丁腈橡膠的本構(gòu)模型,并計(jì)算出相關(guān)的材料常數(shù)�；跀嗔蚜W(xué)理論,找出撕裂能與疲勞裂紋擴(kuò)展速率間的關(guān)系,將復(fù)雜的多維應(yīng)力轉(zhuǎn)化為單軸等效應(yīng)力,建立丁腈橡膠疲勞壽命預(yù)測模型。通過加速疲勞試驗(yàn)獲得了丁腈橡膠的疲勞壽命曲線,進(jìn)而計(jì)算出相關(guān)的疲勞參數(shù)。先建立金屬轉(zhuǎn)子與橡膠定子的幾何模型,再針對橡膠定子的工作特性對其施加不同的過盈量與壓力載荷,進(jìn)行有限元分析。通過應(yīng)力云圖探索過盈... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景、目的及意義
        1.1.1 螺桿泵采油技術(shù)概述
        1.1.2 潛油螺桿泵的技術(shù)優(yōu)勢
    1.2 國內(nèi)外潛油螺桿泵采油技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)
    1.3 螺桿泵定子橡膠疲勞壽命預(yù)測研究方法現(xiàn)狀
        1.3.1 疲勞的定義與種類
        1.3.2 影響定子橡膠疲勞壽命的因素
        1.3.3 橡膠疲勞研究方法
    1.4 課題的研究意義與研究內(nèi)容
        1.4.1 課題研究意義
        1.4.2 課題研究內(nèi)容
第2章 丁腈橡膠本構(gòu)模型的選擇與參數(shù)確定
    2.1 有限元非線性力學(xué)理論
    2.2 橡膠超彈性本構(gòu)模型
        2.2.1 連續(xù)介質(zhì)理論的唯象模型
        2.2.2 熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)模型
    2.3 超彈性本構(gòu)模型擬合
    2.4 本章小結(jié)
第3章 定子橡膠疲勞預(yù)測方法及疲勞參數(shù)確定
    3.1 裂紋成核法
        3.1.1 最大主應(yīng)變
        3.1.2 應(yīng)變能密度
        3.1.3 裂紋成核法的應(yīng)用
    3.2 裂紋擴(kuò)展預(yù)測法
        3.2.1 橡膠的撕裂能
        3.2.2 橡膠疲勞裂紋擴(kuò)展速率
        3.2.3 橡膠疲勞裂紋壽命預(yù)測模型
    3.3 丁腈橡膠疲勞壽命參數(shù)的確定
    3.4 本章小結(jié)
第4章 螺桿泵橡膠定子力學(xué)特性有限元分析
    4.1 橡膠定子幾何模型的建立
    4.2 橡膠定子有限元模型的建立
        4.2.1 定義材料屬性
        4.2.2 分析步的設(shè)置
        4.2.3 邊界條件與載荷
        4.2.4 網(wǎng)格的劃分
        4.2.5 仿真結(jié)果分析
    4.3 本章小結(jié)
第5章 螺桿泵橡膠定子的疲勞壽命預(yù)測
    5.1 橡膠定子的應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換
        5.1.1 橡膠定子等效應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算
        5.1.2 橡膠定子撕裂能計(jì)算
    5.2 Fe-safe軟件
        5.2.1 Fe-safe/Rubber模塊介紹
        5.2.2 Fe-safe軟件的疲勞壽命計(jì)算原理
    5.3 Fe-safe疲勞壽命分析
        5.3.1 軟件設(shè)置流程
        5.3.2 疲勞壽命分析
    5.4 數(shù)值仿真與軟件仿真的結(jié)果對比分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
在學(xué)研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]潛油螺桿泵采油技術(shù)發(fā)展概況[J]. 張益,郭忠峰.  輕工科技. 2013(06)
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碩士論文
[1]高彈性聯(lián)軸器橡膠彈性元件疲勞壽命預(yù)測研究[D]. 曲佳輝.中國艦船研究院 2019
[2]基于大潛深需求的ESPCP系統(tǒng)創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李位祥.沈陽工業(yè)大學(xué) 2012
[3]潛油螺桿泵采油系統(tǒng)軸向承載關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張旭.沈陽工業(yè)大學(xué) 2009
[4]填充橡膠材料的疲勞性能研究[D]. 高勛朝.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3168513