基于有限元法的连续油管疲劳寿命分析

摘要

连续油管是一根无螺纹连接的长油管，因此每次起下作业过程中都要发生多次弯曲变形，极易发生疲劳失效，进而导致连续油管应用成本加大，无法大规模使用。为此本文建立连续油管三维有限元模型，基于有限元法分析连续油管的疲劳寿命，为工程使用提供参考。
　　本文考虑连续油管地面工作实际情况，将连续油管简化为弯曲梁，应用梁弯曲变形理论，结合连续油管的弹塑性变形，推导出滚筒处弯曲连续油管的弯矩和拉力计算公式以及弹塑性极限弯矩和弹性极限弯曲半径。应用疲劳寿命的有限元分析方法，建立连续油管三维有限元模型，分析了不同内压与壁厚连续油管的疲劳寿命，通过与试验结果的对比发现有限元法与试验得到的结果基本相同，验证了有限元法分析连续油管疲劳寿命的正确性。最后分析了不同外径和壁厚的无损伤连续油管在不同内压和轴向力作用下的疲劳寿命，以及存在不同椭圆度、裂纹方向、裂纹长度、磨损程度连续油管的疲劳寿命，得到了不同条件下无损伤连续油管与有损伤连续油管疲劳寿命的变化规律。
　　分析结果表明：随着连续油管外径与壁厚的增加，连续油管的疲劳寿命也会增加；轴向力增加5倍时连续油管疲劳寿命仅减小10％左右；随着内压的增加，连续油管疲劳寿命在逐渐减小；随着椭圆度、裂纹和磨损程度的增加，连续油管的疲劳寿命均会明显减小，裂纹对连续油管疲劳寿命的影响较为明显，产生轴向裂纹的连续油管疲劳寿命约为产生环向裂纹连续油管的8倍左右。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文的创新点

第二章 疲劳失效分析理论简介

2.1 疲劳的定义与分类

2.2 疲劳失效特点分析

2.3 常用疲劳寿命估算理论简介

2.4 本章小结

第三章 连续油管循环弯曲过程中力学性能分析

3.1 连续油管力学模型建立

3.2 连续油管滚筒处受力分析

3.3 连续油管弹塑性力学性能分析

3.4 连续油管力学性能算例分析

3.5 本章小结

第四章 连续油管疲劳寿命有限元分析

4.1 有限元法分析疲劳寿命步骤

4.2 连续油管疲劳寿命有限元模型建立

4.3 连续油管疲劳寿命有限元模型的正确性验证

4.4 本章小结

第五章 连续油管疲劳寿命的影响因素有限元分析

5.1 无损伤连续油管疲劳寿命影响因素有限元分析

5.2 有损伤连续油管疲劳寿命影响因素有限元分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术成果