【摘要】：橡膠材料因其優(yōu)異的耐油和耐磨性能廣泛應(yīng)用于石油開(kāi)采中。由橡膠定子和金屬轉(zhuǎn)子組成的螺桿泵更是在稠油含砂井的開(kāi)采中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)對(duì)螺桿泵定子的失效分析,發(fā)現(xiàn)其損傷的主要原因?yàn)槠谀p。當(dāng)疲勞裂紋在表面萌生后,裂紋的擴(kuò)展速率和擴(kuò)展方向?qū)⒅苯記Q定著橡膠定子的使用壽命�，F(xiàn)階段人們對(duì)這方面的研究主要集中在拉壓或剪切作用下的試驗(yàn)研究和理論分析中,很少有人對(duì)磨損過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展機(jī)理進(jìn)行研究。為此,本文首先利用ANSYS有限元軟件對(duì)不同裂紋角度的橡膠試樣進(jìn)行拉伸作用下的裂紋擴(kuò)展研究,并對(duì)預(yù)制不同裂紋角度的橡膠試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),驗(yàn)證有限元分析結(jié)果的正確性。其次利用往復(fù)式磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同裂紋角度的丁腈橡膠試樣進(jìn)行磨損試驗(yàn),觀察磨損過(guò)程中裂紋的擴(kuò)展路徑;利用ANSYS有限元軟件建立磨損模型,計(jì)算預(yù)制不同角度裂紋丁腈橡膠試樣在磨損條件下裂紋尖端的應(yīng)力數(shù)值大小,并與磨損試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。最后對(duì)螺桿泵定子橡膠進(jìn)行有限元分析,提取危險(xiǎn)單元的等效應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值,結(jié)合斷裂力學(xué)理論公式計(jì)算危險(xiǎn)單元的壽命,預(yù)測(cè)螺桿泵的使用壽命。結(jié)果表明:不同預(yù)制裂紋角度的橡膠試樣拉伸斷裂過(guò)程中裂紋的擴(kuò)展路徑都發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn),最終裂紋的擴(kuò)展方向始終是沿著垂直于載荷的方向擴(kuò)展。隨著預(yù)制裂紋角度的增大,橡膠試樣裂紋尖端在拉伸作用下應(yīng)力值都逐漸增大,即大角度裂紋最易發(fā)生裂紋擴(kuò)展。磨損過(guò)程中,小角度裂紋由于受到剪切力的作用,更容易發(fā)生裂紋的翻折和卷曲。裂紋擴(kuò)展路徑都是首先沿著初始預(yù)制裂紋角度的方向擴(kuò)展,隨后裂紋擴(kuò)展路徑發(fā)生改變沿著水平方向進(jìn)入快速擴(kuò)展階段,最后偏轉(zhuǎn)一定的角度后成舌狀物卷曲斷裂。最后對(duì)螺桿泵定子橡膠進(jìn)行有限元分析,發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)單元主要分布在螺桿泵定子齒凹與轉(zhuǎn)子的接觸表面,最大等效應(yīng)力遠(yuǎn)小于橡膠的拉伸強(qiáng)度,定子橡膠的預(yù)測(cè)壽命小于實(shí)際壽命。本論文的研究不僅推動(dòng)了橡膠磨損裂紋擴(kuò)展機(jī)理的發(fā)展,也對(duì)提高實(shí)際工況下橡膠的使用性能和疲勞壽命研究具有實(shí)際意義。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE933.3;TQ336.5

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本文編號(hào)：2513043