在螺桿泵實際采油過程中,抽油桿柱在復雜的荷載下做旋轉(zhuǎn)偏心運動,引起桿柱振動,易與油管柱發(fā)生接觸碰撞,從而導致嚴重的偏心磨損及失效等問題。本文基于有限元理論就桿管非線性接觸問題展開了深入研究,最終論證了抽油桿柱轉(zhuǎn)速、直徑、以及下泵深度與接觸力及轉(zhuǎn)動摩擦功的關(guān)系。首先,通過簡化與假設(shè),應(yīng)用有限元理論分析了旋轉(zhuǎn)抽油桿柱在正常工作中的橫扭耦合振動,建立了桿柱非線性耦合振動動力學有限元模型,推導計算了旋轉(zhuǎn)抽油桿柱的整體剛度矩陣和質(zhì)量矩陣,最終建立了該桿柱整體橫扭振動動力學平衡方程。用ANSYS軟件模擬抽油桿柱橫扭耦合振動分析,獲得了旋轉(zhuǎn)抽油桿柱橫扭耦合振動的基本規(guī)律,更進一步完善了桿柱振動理論與方法。其次,對旋轉(zhuǎn)抽油桿柱進行接觸非線性靜力學分析,首次引入了旋轉(zhuǎn)抽油桿柱與油管柱新接觸模型,該模型能確保接觸段內(nèi)旋轉(zhuǎn)抽油桿柱與油管柱緊貼在一起,且滿足條件:接觸段內(nèi)節(jié)點位移都等于限定值;旋轉(zhuǎn)抽油桿柱橫截面繞其變形曲線副法線軸的轉(zhuǎn)角為0。進行接觸非線性動力學分析時,在以往研究邊界方法的基礎(chǔ)上,引入了一種新的思路,結(jié)合有限元法構(gòu)造形函數(shù),應(yīng)用時間歷程形函數(shù)來構(gòu)造旋轉(zhuǎn)抽油桿柱與油管壁動態(tài)邊界問題,將動態(tài)邊界模...

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-1模擬接觸問題的標記表示

西安石油大學碩士學位論文8第二章螺桿泵旋轉(zhuǎn)抽油桿柱基本理論分析螺桿泵旋轉(zhuǎn)抽油桿柱在實際正常工作中進行高速圓周運動，由于桿柱本身結(jié)構(gòu)的初始缺陷，導致抽油桿柱在旋轉(zhuǎn)離心力和耦合振動的作用下發(fā)生橫向變形位移。由于油井的結(jié)構(gòu)不是垂直的，當桿柱屈曲嚴重時，橫向位移過大時，抽油桿柱可能就會與....

圖2-2接觸界面顯示局部單位矢量表示主控表面

西安石油大學碩士學位論文8第二章螺桿泵旋轉(zhuǎn)抽油桿柱基本理論分析螺桿泵旋轉(zhuǎn)抽油桿柱在實際正常工作中進行高速圓周運動，由于桿柱本身結(jié)構(gòu)的初始缺陷，導致抽油桿柱在旋轉(zhuǎn)離心力和耦合振動的作用下發(fā)生橫向變形位移。由于油井的結(jié)構(gòu)不是垂直的，當桿柱屈曲嚴重時，橫向位移過大時，抽油桿柱可能就會與....

圖2-3接觸點對及點對間的距離1

第二章螺桿泵旋轉(zhuǎn)抽油桿柱基本理論分析9接觸問題時，接觸的界面不但要能夠與不可侵入要求相吻合，其面力亦必須能夠與動量守恒相吻合。圖2-3接觸點對及點對間的距離（1）不可侵入性如圖2-3所示，假設(shè)坐標Apt是t時刻At上任意指定點，該點至Bt面上最近點)(BtQ的距離g可表示如下：=....

圖2-4兩接觸物體示意圖

西安石油大學碩士學位論文12圖2-4兩接觸物體示意圖2.2.2接觸單元分析使用有限元法解決界面接觸時，最簡單并且直觀的方法是在兩物體界面接觸上設(shè)置一個不同于其他的單元，簡稱接觸單元。考慮接觸單元，建立接觸結(jié)構(gòu)總平衡方程式，一般使用空間直梁單元是有限元建模的常見情況。在模擬分析桿柱....

本文編號：3971651