Використання скінченно-елементного аналізу для оцінки міцності та довговічності елементів нафтогазового обладнання

Abstract

Проведено дослідження напруженого стану рівноплечого важеля 1 роду при плоскому згині. Удосконалено методику розрахунку на міцність важеля за рахунок підвищення точності оцінки його напружень. Досліджено напружено-деформований стан різьбових з’єднань бурильних труб методом скінченно-елементного аналізу. Наведено розподіл нормальних напружень у впадині різьби ніпеля від прикладеного моменту згвинчування. Встановлено, що числові значення максимальних напружень зростають від останніх витків до перших і можуть бути описані поліномом третього степеня. Розроблено методику визначення відносного градієнту напруження у зоні його концентрації за допомогою скінченно-елементного аналізу. Встановлено, що числові значення відносного максимального градієнту напружень, отримані методом скінченно-елементного аналізу та аналітичним шляхом, близькі між собою. Запропонована методика визначення відносного максимального градієнту напружень для концентраторів довільної форми, дозволяє визначати критерій подібності втомного руйнування та використовувати його для визначення втомної довговічності конструкційних елементів.

Проведено исследование напряженного состояния равноплечего рычага 1 рода при плоском изгибе. Усовершенствована методика расчета на прочность рычага за счет повышения точности оценки его напряжений. Исследовано напряженно-деформированное состояние резьбовых соединений бурильных труб методом конечно-элементного анализа. Приведено распределение нормальных напряжений в впадине резьбы ниппеля от приложенного момента свинчивания. Установлено, что числовые значения максимальных напряжений растут от последних витков к первым и могут быть описаны полиномом третьей степени. Разработана методика определения относительного градиента напряжения в зоне его концентрации с помощью конечно-элементного анализа. Установлено, что числовые значения относительного максимального градиента напряжений, полученные методом конечно-элементного анализа и аналитическим путем, близки между собой. Предложенная методика определения относительного максимального градиента напряжений для концентраторов произвольной формы, позволяет определять критерий подобия усталостного разрушения и использовать его для определения усталостной долговечности конструкционных элементов.

The article deals with the study of the stressed state of the first kind equal-arm lever when carrying out plane bending. The technique for the lever strength calculation due to an increase in the accuracy of its stresses assessment was improved. The stress-strain state of the drill pipe threaded joints was studied with the help of the finite element analysis. Distribution of normal stresses in the nipple thread bottom from the applied makeup torque was shown. It was determined that the numerical values of the maximum stresses grow from the last turns to the first ones and they can be described with the help of the third degree polynomial. The technique for determining the relative stress gradient in the area of its concentration using the finite element analysis was developed. It was found out that the numerical values of the relative maximum stress gradient obtained with the help of the finite element analysis and analytical method are close to each other. The developed technique for determining the relative maximum stress gradient for the arbitrary shaped concentrators allows to determine the similarity criterion of the fatigue failure and use it to determine the fatigue life of the structural elements.