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石油钻杆接头的疲劳分析

 钻杆是开采石油和天然气工程中的主要设备之一,钻杆接头是连接各段钻杆的部件。由于钻杆接头的截面形式变化较大,不可避免的出现应力集中现象,并且在钻井过程中大多在循环荷载下工作,所以很容易发生疲劳破坏。因此,关于钻杆接头的疲劳问题越来越受到国内外有关研究人员的关注。     为了研究钻杆接头的疲劳性能,本文分别对拉压、扭转、弯曲和复合拉扭荷载下钻杆接头的疲劳寿命进行计算。首先,在ANSYS软件中建立钻杆接头的有限元模型并进行应力分析,然后利用FE-SAFEWORKS软件对应力场结果进行疲劳寿命计算。材料选用近似高强度钢材,应用Miner线性累积损伤理论法则,采用雨流计数法处理荷载信号,采用单轴应力分析算法计算疲劳寿命。     由计算出的疲劳寿命结果绘出钻杆接头疲劳寿命随台阶根部圆角半径变化的影响曲线。当圆角半径增大时,构件的疲劳寿命显著地增大,和应力集中系数变化的趋势相一致。因此,工程中可以选择合适的圆角半径使得构件既满足疲劳强度要求又能满足接头处紧密连接的要求。另外,拉伸荷载下疲劳寿命受圆角半径的影响大于弯矩荷载,验证了构件疲劳性能受荷载形式的影响。还验证了钻杆接头在扭转时,受压缩荷载比拉伸荷载有利。     将有限元法和FE-SAFEWORKS结合起来分析钻杆接头疲劳寿命的方法可以推广适用于工程上的复杂构件的疲劳分析,为工程设计提供参考。 
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