發(fā)布時(shí)間：2017-12-27 04:17

  本文關(guān)鍵詞：基于新的場(chǎng)強(qiáng)法模型的抽油機(jī)關(guān)鍵部件疲勞壽命預(yù)測(cè)研究　出處：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 抽油機(jī) 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法 疲勞壽命預(yù)測(cè) 有限元分析 ANSYS二次開(kāi)發(fā)

【摘要】：游梁式抽油機(jī)是將原油從地下提升到地面的主要設(shè)備,是大型可修復(fù)的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)。由于其工作時(shí)主要承受高幅值、高頻率的循環(huán)交變載荷,因此機(jī)械疲勞是抽油機(jī)的主要失效形式。抽油機(jī)常年工作在野外,工作環(huán)境惡劣,零部件疲勞斷裂失效時(shí)有發(fā)生,某些關(guān)鍵部件的失效可能導(dǎo)致整機(jī)失效,不僅造成油井停產(chǎn),甚至可能危及周圍工作人員,造成人員傷亡,給油田帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此預(yù)測(cè)抽油機(jī)關(guān)鍵部件的疲勞壽命,為抽油機(jī)部件的更換提供參考是很有必要的。此外疲勞壽命預(yù)測(cè)過(guò)程復(fù)雜,油田工作人員學(xué)習(xí)難度較大,因此開(kāi)發(fā)一款疲勞壽命預(yù)測(cè)軟件,簡(jiǎn)化過(guò)程操作,提高疲勞壽命預(yù)測(cè)效率是具有實(shí)際意義的。為此本文圍繞抽油機(jī)關(guān)鍵部件的疲勞壽命預(yù)測(cè)研究這—主題,主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下:(])總結(jié)傳統(tǒng)的疲勞壽命分析方法的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法、能量法、體積法等常用的疲勞壽命分析方法進(jìn)行分析總結(jié),得到結(jié)論:傳統(tǒng)的疲勞壽命分析方法存在較多人為假設(shè),與疲勞機(jī)理不符,對(duì)影響疲勞壽命的因素考慮不周全,導(dǎo)致其預(yù)測(cè)精度不高,使用條件苛刻,不適用于抽油機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)。(2)分析研究應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法�？偨Y(jié)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法的基本原理,對(duì)比傳統(tǒng)的疲勞壽命分析方法,確定應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法為本文預(yù)測(cè)抽油機(jī)疲勞壽命的方法,理由是:應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法考慮因素全面,與疲勞機(jī)理吻合,適用于抽油機(jī)的高周疲勞。此外對(duì)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法中場(chǎng)徑的確定方法和數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了深入研究。(3)提出新的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法模型。指出原有場(chǎng)強(qiáng)法中存在的問(wèn)題,并提出新的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法模型。新模型中以應(yīng)力等值線作為損傷區(qū)的邊界并考慮了載荷幅值對(duì)損傷區(qū)的影響,結(jié)合新的損傷區(qū)提出新的應(yīng)力梯度數(shù)學(xué)模型,給出方向角的確定方法,算例驗(yàn)證的結(jié)果表明:新的場(chǎng)強(qiáng)法模型更貼近真實(shí)的損傷區(qū)形狀和大小,權(quán)函數(shù)更準(zhǔn)確的反映了損傷區(qū)內(nèi)各點(diǎn)對(duì)疲勞損傷的貢獻(xiàn),可用于構(gòu)件的疲勞壽命預(yù)測(cè)。(4)提出基于Qt的ANSYS二次開(kāi)發(fā)新技術(shù),并開(kāi)發(fā)了抽油機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)軟件。開(kāi)發(fā)了基于Qt的核心接口技術(shù)和輔助數(shù)據(jù)技術(shù),解決了 Qt與ANSYS的接口問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)ANSYS的調(diào)用和數(shù)據(jù)傳輸,并且設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)交互界面。將ANSYS和應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法的復(fù)雜性封裝起來(lái),開(kāi)發(fā)了抽油機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)軟件。(5)用應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法預(yù)測(cè)抽油機(jī)關(guān)鍵部件的疲勞壽命。分別采用原有場(chǎng)強(qiáng)法和改進(jìn)的場(chǎng)強(qiáng)法預(yù)測(cè)抽油機(jī)關(guān)鍵部件的疲勞壽命,并與油田現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)壽命進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:新的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法的預(yù)測(cè)精度高于原有場(chǎng)強(qiáng)法,預(yù)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定,可用于抽油機(jī)的疲勞壽命預(yù)測(cè)。演示了軟件中預(yù)測(cè)抽油機(jī)疲勞壽命的操作流程,結(jié)果表明:抽油機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)軟件人機(jī)界面友好,操作簡(jiǎn)單,預(yù)測(cè)效率高。
[Abstract]:The beam pumping unit is the main equipment to lift crude oil from the ground to the ground, and it is a large and repairable complex mechanical system. Because of its high amplitude and high frequency cyclic alternating load, mechanical fatigue is the main failure mode of the pumping unit. The perennial work in the field of oil pumping machine, working environment, failure components of fatigue fracture occurs, the failure of some key components may lead to failure, not only caused the production stop, and may even endanger the surrounding personnel casualties, bring huge economic losses to the oil. Therefore, it is necessary to predict the fatigue life of the key components of the pumping unit and provide reference for the replacement of the components of the pumping unit. In addition, the fatigue life prediction process is complex, so the oilfield workers are very difficult to learn. Therefore, developing a fatigue life prediction software, simplifying process operation and improving the efficiency of fatigue life prediction is of practical significance. For this reason, this paper focuses on the fatigue life prediction of the key components of pumping units. The main contents and conclusions are as follows:] the characteristics of traditional fatigue life analysis methods are summarized. By law, the local stress fatigue life method, energy method and volume method commonly used analysis methods are analyzed and summarized, obtained the conclusion: nominal stress on the fatigue life of the traditional analysis method has many artificial assumptions inconsistent with the mechanism of fatigue, impact on the fatigue life of the factors considered, the prediction accuracy is not high, the use of harsh conditions, not suitable for oil pumping machine fatigue life prediction. (2) the stress field strength method is analyzed and studied. The basic principle of the stress field strength method is summarized, and the traditional fatigue life analysis method is compared. The stress field strength method is used to predict the fatigue life of the pumping unit. The reason is that the stress field strength method is considered in a comprehensive way, which is consistent with the fatigue mechanism and suitable for the high cycle fatigue of pumping units. In addition, the method of determining the midfield diameter of the force field strength method and the numerical calculation method are further studied. (3) a new stress field strength method is proposed. The existing problems in the original field strength method are pointed out, and a new stress field strength method is proposed. In the new model to stress isoline as the damage zone and the influence of load amplitude of damage zone, combined with the damage zone and puts forward a new stress gradient, a new mathematical model and method are given to determine the direction angle of the example verification results show that the new model is more close to the field of damage zone size and shape true, the right to function more accurately reflect the damage zone of each point in the fatigue damage of the contribution can be used to predict the fatigue life of the components. (4) a new ANSYS development technology based on Qt is proposed, and the software for predicting fatigue life of the pumping unit is developed. The core interface technology and auxiliary data technology based on Qt were developed, which solved the interface problem between Qt and ANSYS, realized the call and data transmission to ANSYS, and designed friendly man-machine interaction interface. The software of fatigue life prediction for pumping unit is developed by encapsulating the complexity of ANSYS and stress field strength method. (5) the fatigue life of the key components of the pumping unit is predicted by the stress field strength method. Respectively using the method of field intensity of original method and improved the fatigue life prediction of key components of the oil pumping machine, and compared with the field life statistical results show that the new method of stress field prediction accuracy should be higher than the original field method, the forecasting results are stable and can be used to predict the fatigue life of the pumping unit. The operation process of predicting the fatigue life of pumping unit is demonstrated. The result shows that the fatigue life prediction software of pumping unit is friendly, simple and efficient.
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE933.1

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本文編號(hào)：1340207