地下管线非开挖施工中导向钻杆应力分析

摘要

本文简单介绍了地下管线非开挖施工技术的概念，评述了钻杆力学的研究现状以及发展趋势。由于导向钻杆是导向钻进施工中受力最复杂和工况最恶劣的构件，因此，选取导向钻杆作为研究对象，对其各种应力状态进行分析。
　　 基于有关力学理论，论述了钻杆各种应力分析的基本方法。利用ANSYS有限元分析软件对钻杆整体应力和一般截面的应力进行分析，找到了最大米赛斯应力的分布位置，得出了钻杆曲率半径对最大应力的影响规律和扭矩对钻杆应力的影响以及一般截面上应力的分布规律。
　　 此外，钻杆接头是导向钻进施工中最容易受破坏且应力集中的部位，因此，利用ANSYS软件对不同钻杆接头外径情况下的应力和变形进行计算分析，并对其进行结构屈曲分析。得出了钻杆接头外径对钻杆中等效弯曲应力和竖向变形以及钻杆临界屈曲荷载的影响规律，以便在实际工程中为合理选取钻杆接头提供借鉴。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 非开挖技术的发展

1．1．2 导向钻进技术的应用与发展

1．1．3 研究意义

1．2 钻杆力学研究现状

1．2．1 钻杆静力学研究现状

1．2．2 钻杆动力学研究现状

1．3 钻杆力学研究中存在的问题

1．4 钻杆力学的发展趋势

1．5 本文研究的主要内容

1．5．1 钻杆应力分析基本理论

1．5．2 钻杆应力分析

1．5．3 钻杆接头应力分析

2 钻杆应力分析基本理论

2．1 钻杆的组成与作用

2．1．1 钻杆的组成

2．1．2 钻杆的作用

2．2 钻杆受到的作用力

2．3 钻杆各种应力的理论计算

2．3．1 钻杆的轴向应力

2．3．2 钻杆的扭转剪应力

2．3．3 钻杆的弯曲应力

2．3．4 钻杆拉伸与扭转的合成应力

2．3．5 钻杆的最大弯曲应力

2．3．6 钻杆接头处应力计算

2．4 钻杆力学研究方法

2．4．1 经典微分方程法

2．4．2 能量法

2．4．3 有限元法

2．5 有限元分析简介

2．5．1 ANSYS软件介绍

2．5．2 ANSYS功能简介

2．5．3 ANSYS在CAE领域的地位

3 钻杆应力分析

3．1 强度理论

3．2 单元的选择

3．3 建立钻杆的力学模型

3．4 建立钻杆的有限元模型

3．5 钻杆的整体应力分析

3．5．1 钻杆的最大Mises应力

3．5．2 钻杆曲率半径对钻杆最大应力的影响

3．6 钻杆一般截面应力分析

3．7 本章小结

4 钻杆接头应力分析

4．1 钻杆接头的结构和工况

4．2 接头对钻杆弯曲应力的影响

4．2．1 钻杆接头参数的确定

4．2．2 钻杆力学模型的建立

4．2．3 应力等值线云图模拟分析

4．2．4 等效弯曲应力及结构变形的求解结果

4．2．5 计算结果分析

4．3 接头截面尺寸对钻杆临界屈曲力的影响

4．3．1 引言

4．3．2 ANSYS结构屈曲分析

4．3．3 接头截面尺寸对钻杆临界屈曲荷载影晌规律的研究

4．4 本章小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢