本文關鍵詞：連續(xù)管卷繞矯直分析及疲勞研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：連續(xù)管在石油工業(yè)中應用十分廣泛,能大幅度提高作業(yè)效率。連續(xù)管卷繞在滾筒上,在作業(yè)過程中,滾筒上的連續(xù)管通過鵝頸導向器到注入器,由矯直器或注入器夾持矯直后注入井中。起升時通過相反的過程將連續(xù)管卷繞到滾筒上。連續(xù)管卷繞在滾筒上時,由于運輸條件等的限制,滾筒直徑不能太大,其彎曲半徑遠遠小于彈性極限半徑。因此,連續(xù)管在卷繞和矯直的過程中,將產生很大的塑性應變,會引起連續(xù)管的殘余變形,也會引起連續(xù)管的損傷。反復的卷繞和矯直會使連續(xù)管產生低周疲勞,最終會導致連續(xù)管的疲勞破壞。在連續(xù)管的使用過程中,由連續(xù)管疲勞導致其失效的形式有：連續(xù)管開裂、穿孔；橢圓度太大；直徑增長過大(鼓包)等。連續(xù)管橢圓化對其通過注入頭的能力有影響,橢圓度太大則連續(xù)管無法通過井口下入井中,同時影響密封和設備的夾緊,更重要的是其對連續(xù)管抵抗外壓的能力有很大影響,橢圓化嚴重,連續(xù)管的擠毀抗力將大大降低；連續(xù)管在反復纏繞的過程中,塑性應變在不斷累積增加,當累積塑性應變達到一定程度便會由于低周疲勞產生微小裂紋并隨著纏繞的進行不斷擴展。當裂紋擴展到一定程度之后,便會造成連續(xù)管的穿孔或斷裂,直接導致連續(xù)管無法使用；連續(xù)管的直徑增長是其在工作中有內壓,承受軸向應力、環(huán)向應力和徑向應力這三軸應力作用引起的。在較高內壓的作用下,連續(xù)管直徑會增大,隨著循環(huán)彎曲次數的增加,管體直徑將越來越大,同時伴隨著壁厚的減薄。直徑增長過大(鼓包)將引起連續(xù)管與設備不兼容現象,容易造成連續(xù)管的嚴重失效。研究出連續(xù)管在滾筒上纏繞和卸繞及其它載荷作用下的橢圓度、直徑增長、壁厚變化、累積塑性應變等參數的變化情況及其對連續(xù)管壽命的影響,可以對連續(xù)管作業(yè)中的注意事項進行研究,給出在不同工況下所應采用的連續(xù)管管型和尺寸及對連續(xù)管最有利的工況,對現場中合理使用連續(xù)管做出指導。這對連續(xù)管的應用有重要意義。就目前的了解,連續(xù)管在疲勞變形、破壞的實驗和理論上仍有一些不足,亟需改進,本文將從以下幾方面進行研究：(1)分析連續(xù)管卷繞彎曲時的受力情況通過對現有連續(xù)管疲勞實驗中連續(xù)管所受的載荷和現場中連續(xù)管的狀態(tài)以及目前人們對連續(xù)管彎曲的受力分析,分析連續(xù)管的受力情況。同時結合有限元分析連續(xù)管疲勞實驗中連續(xù)管所受的載荷和現場狀態(tài)中其所受的載荷對連續(xù)管變形的影響,驗證分析結果的正確性。(2)對連續(xù)管的材料模型進行研究連續(xù)管彎曲是一個大應變問題,材料進入塑性階段,所選用的材料模型對計算結果有很大影響。同時連續(xù)管反復彎曲中涉及到載荷的加載與卸載,還必須考慮不同強化模型對計算結果的影響。通過運用連續(xù)管彎曲中直徑隨彎曲次數和內壓的變化情況,研究理想彈塑性模型、雙線性彈塑性強化模型和Ramberg-Osgood形冪硬化材料模型在等向強化和隨動強化時對結果的影響,便于進行進一步的有限元分析。(3)研究連續(xù)管反復彎曲中橢圓度、累積塑性應變和直徑增長率等參數在不同內壓、不同彎曲半徑時隨彎曲次數的變化情況,分析不同操作條件對連續(xù)管壽命的影響在工作狀況下,連續(xù)管既要受到彎曲載荷的作用,又要受到內壓的作用,所受到的載荷比較復雜。當連續(xù)管反復彎曲時,會產生截面變成橢圓、直徑增長和壁厚變化等宏觀現象。這些現象主要是連續(xù)管在復雜載荷作用下彈塑性變形引起的。運用有限元的方法建立連續(xù)管彎曲的三維模型和二維模型對連續(xù)管彎曲中橢圓度、累積塑性應變和直徑增長在彎曲中的變化規(guī)律進行研究,得到連續(xù)管在工作中不同的操作條件對其壽命的影響,同時對連續(xù)管現場作業(yè)中的注意事項進行分析,對連續(xù)管的合理使用做出指導。(4)分析連續(xù)管彎曲時的附加載荷,計算附加載荷引起的局部環(huán)向應力連續(xù)管彎曲時,其彎曲曲率很大,導致連續(xù)管上產生較大的附加載荷。附加載荷會引起連續(xù)管中產生局部環(huán)向應力,產生與內壓同樣的損傷效果。(5)連續(xù)管卷繞矯直疲勞壽命計算通過對無內壓時連續(xù)管卷繞拉直的附加載荷引起的局部環(huán)向應力的分析,計算考慮連續(xù)管彎曲時的環(huán)向應力,修正Tipton關于連續(xù)管低周疲勞的計算方法,找出一種一致的計算連續(xù)管在全部工作內壓下的疲勞壽命預測方法。通過以上分析,可以得到以下成果或結論：(1)連續(xù)管彎曲中主要是彎矩載荷使連續(xù)管彎曲,為研究連續(xù)管低周疲勞壽命提供參考；(2)通過三維有限元模型分析,驗證了連續(xù)管彎曲中主要是彎矩載荷使連續(xù)管彎曲這一結論,為建立連續(xù)管彎曲的二維模型提供了依據。運用二維有限元模型研究了不同的操作條件對橢圓度、累積塑性應變和直徑增長率等參數的影響,發(fā)現在高內壓下連續(xù)管可彎曲次數少的現象。連續(xù)管在現場作業(yè)中應選擇合適的管型,使連續(xù)管工作在較低的環(huán)向應力下；(3)推導了連續(xù)管彎曲中的附加載荷,并通過附加載荷計算了無內壓時其引起的環(huán)向應力,從機理上解釋了Tipton在連續(xù)管壽命預測時低內壓時壽命偏高的問題,為正確計算連續(xù)管的環(huán)向應力提供了參考；(4)解決了連續(xù)管在零內壓或低內壓下疲勞壽命計算結果與實驗結果存在差異的問題,找到了一種一致的計算連續(xù)管在全部工作內壓下的疲勞壽命預測方法。
【關鍵詞】：連續(xù)管 彎曲 有限元 塑性應變 疲勞
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.2;TG335
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 連續(xù)管卷繞疲勞研究背景12
• 1.2 連續(xù)管卷繞疲勞研究意義12-13
• 1.3 管材彎曲研究現狀13
• 1.4 連續(xù)管彎曲疲勞研究現狀13-20
• 1.5 本文研究內容20-22
• 第2章 連續(xù)管疲勞失效形式及卷繞矯直載荷分析22-31
• 2.1 連續(xù)管疲勞失效形式分析22-23
• 2.2 連續(xù)管卷繞矯直載荷分析23-31
• 第3章 連續(xù)管卷繞矯直模型分析31-39
• 3.1 連續(xù)管彎曲材料模型介紹31-33
• 3.2 材料真實應力應變曲線計算33-36
• 3.3 連續(xù)管卷繞矯直有限元模型的建立36-39
• 第4章 連續(xù)管卷繞矯直分析39-58
• 4.1 載荷加載方式的影響39-43
• 4.2 各種材料模型計算結果比較43-48
• 4.3 連續(xù)管卷繞矯直變形分析48-53
• 4.4 直徑增長規(guī)律研究53-58
• 第5章 連續(xù)管變形的影響及疲勞分析58-79
• 5.1 橢圓度對連續(xù)管抗外擠能力的影響58-60
• 5.2 疲勞壽命的計算60-79
• 第6章 總結與展望79-81
• 6.1 總結79-80
• 6.2 展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻82-87
• 個人簡介87-88

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1 吳艷青;牛莉莎;施惠基;王戰(zhàn)宏;;粉末冶金B(yǎng)eAl材料疲勞性能宏微觀分析[J];稀有金屬材料與工程;2006年06期

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1 羅啟洋;低頻循環(huán)荷載下飽和軟土的動力特性研究[D];廣東工業(yè)大學;2016年

2 李銀銀;連續(xù)管卷繞矯直分析及疲勞研究[D];長江大學;2016年

  本文關鍵詞：連續(xù)管卷繞矯直分析及疲勞研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：287745