本文選題：錐螺紋　切入點：圓柱螺紋　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)(北京)》2017年碩士論文

【摘要】：在石油鉆井與地質(zhì)巖心鉆探施工中,鉆桿柱作為鉆進最主要的傳輸部分,承擔著傳遞作用力以及作為鉆井泥漿通道等重要作用。實際生產(chǎn)情況表明,鉆桿柱的組成單元鉆桿作為鉆進過程中的主要傳力和受力部件,其危險斷面往往在連接螺紋處。通過研究螺紋失效的形式和具體部位,對螺紋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,一定程度上減小螺紋處的破壞。參照現(xiàn)有的石油鉆桿接頭螺紋:31/2REG(正規(guī)型)和地質(zhì)巖心鉆探接頭螺紋:公稱口徑59的兩種螺紋類型,利用SolidWorks軟件進行建模,并導(dǎo)入ANSYS Workbench有限元軟件進行仿真模擬,分析錐螺紋和圓柱螺紋結(jié)構(gòu)特點。仿真結(jié)果表明:兩種螺紋具有以下共同點:(1)螺紋應(yīng)力(應(yīng)變)集中部位在外螺紋根部至第3圈處。(2)主要失效的形式有根部斷裂以及縱向開裂。(3)在外螺紋的起始部位,由于出現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變集中,在加工時需要進行切削處理,即厚度小的位置牙高小。兩種螺紋的不同處有:(1)在受到扭矩作用下,錐螺紋根部第1、2圈應(yīng)力集中相對第3圈明顯,而圓柱螺紋根部3圈則分布較均勻。(2)在受到同樣扭矩的作用下,錐螺紋的臺肩處比圓柱螺紋臺肩處應(yīng)力集中程度大。在對兩種不同結(jié)構(gòu)的螺紋研究的基礎(chǔ)上,對受力響應(yīng)更靈敏并在有利用前景的平牙底圓柱螺紋進行建模仿真并優(yōu)化。以最大化的將應(yīng)力集中轉(zhuǎn)移到牙底所在的臺體上為原則,對螺紋的螺距進行優(yōu)化,進而優(yōu)化其他參數(shù)。優(yōu)化后的非標準體系圓柱螺紋主要尺寸為:螺距6.5mm、牙型高度1mm、牙型半角7°、外螺紋牙頂寬3.117mm、內(nèi)螺紋牙頂寬3.127mm、外螺紋大徑(內(nèi)螺紋大徑)21mm、外螺紋小徑(內(nèi)螺紋小徑)19mm等。通過對優(yōu)化后螺紋的建模與仿真,優(yōu)化后的非標準口徑的接頭螺紋能夠降低壓力作用下的應(yīng)力應(yīng)變28.6%,降低壓力及彎矩作用下螺紋的應(yīng)力應(yīng)變15.92%,扭矩及壓力作用下的應(yīng)力應(yīng)變增大約8%。優(yōu)化后螺紋整體表現(xiàn)較好。
[Abstract]:In oil drilling and geological core drilling, drill string, as the most important transmission part of drilling, plays an important role in transmitting force and acting as drilling mud channel.The actual production shows that the component unit of drill string as the main force transfer and force components in drilling process, the dangerous section of drill string is often located at the connection thread.The structure of thread is optimized by studying the form and position of thread failure to reduce the damage of thread to a certain extent.Referring to the two kinds of thread types of existing oil drill pipe joint thread:: 31 / 2REG (normal type) and geological core drilling joint thread: nominal caliber 59, using SolidWorks software to model the model, and importing ANSYS Workbench finite element software to simulate,The structural characteristics of taper thread and cylindrical thread are analyzed.The simulation results show that the two kinds of threads have the following common points: 1) the stress (strain) concentration part of the thread thread. (2) the main failure forms of the outer thread from the root to the third ring are root fracture and longitudinal cracking. 3) the starting position of the external thread.Due to the stress and strain concentration, cutting is needed in machining, that is, the lower thickness of the tooth is high and small.The difference between the two kinds of threads is: (1) under the action of torque, the stress concentration of the first second ring of the taper thread root is obviously relative to the third circle, while the stress concentration of the cylindrical thread root is more evenly distributed under the action of the same torque.The stress concentration at the shoulder of the tapered thread is greater than that at the shoulder of the cylindrical thread.Based on the research of two kinds of thread with different structure, the stress response is more sensitive and the model simulation and optimization are carried out on the flat bottom cylindrical thread which has the prospect of utilization.Based on the principle of maximum stress concentration transfer to the base of the tooth, the screw pitch of the thread is optimized and other parameters are optimized.The main dimensions of the optimized non-standard cylindrical thread were as follows: pitch 6.5mm, tooth height 1mm, tooth half angle 7 擄, top width of outer thread 3.117mm, top width of inner thread 3.127mm, large diameter of outer thread (internal thread diameter 21mm), outer thread diameter (internal thread diameter 19mm).Through modeling and simulation of optimized thread,The optimized joint thread with non-standard caliber can reduce stress and strain 28.6 under pressure, reduce stress and strain of thread under pressure and bending moment, increase stress and strain by about 8% under torque and pressure.The overall performance of the optimized thread is better.
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE921.2

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本文編號：1699379