基于ANSYS的封隔器接触应力分析及结构优化.pdf

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1、机械设计与制造第1O期268MachineryDesign&Manufacture2012年l0月文章编号：1001—3997(2012)10—0268～03基于ANSYS的封隔器接触应力分析及结构优化郭志平李冠孚王燕飞郭炜卢彦铮(内蒙古工业大学机械学院，呼和浩特010051)ContactStressAnalysisandStructuraIOptimizationofPackerBasedonANSYSGUOZhi—ping，LIGuan-fu，WANGYan-fei，GUOWei，LUYan-zheng(CollegeofMechanicalEngineering，

2、InnerMongoliaUniversityofTechnology，Hohhot010051，China)【摘要】封隔器是油田采油中重要的井下2-具之一。封隔器的工作好坏，密封是关键。胶筒与套管之间的接触应力的大小．可以直接反应出封隔器的密封能力，接触应力越大，封堵压差的能力就越高，密封效果最好。采用非线性有限元分析方法，对封隔器胶筒与套管之间的接触应力进行研究，并对胶筒的壁厚进行了结构优化。综合考虑封隔装置受挤压后的变形过程和受力过程，得到此型号封隔器胶筒的最优壁厚。将最优胶筒壁厚的有限元分析结果与地面实验结果进行比较，前者可行有效，且具有较好的工程应用价值。关键词

3、：封隔器；胶筒；接触应力；结构优化【Abstract】Packerisoneoftheimportantdownholetoolsinoilfieldexploitation．WhetherPacker’sworkisgoodorbad，sealingisthekey．Thesizeofthecontactstressbetweenrubberandsleevecandirectlyreflectthesealingability，thegreaterthecontactstress，thehighertheabilitytoplugdifferentialpressur

4、e．Adoptingthenon——linearityfiniteelementanalysismethodtoresearchthecontactstressbetweenrubberand．sleeveofthepackerandalsotherubberthicknessisoptimized．Withintegratedconsiderationofstressanddeformationprocessafterthepackersqueeze~therubber’Soptimalthicknessisobtained，ensuringthatthepackers

5、ealingeffectisthebest．Thefiniteelementanalysisresultsoftheoptimalthicknessoftherubbercomparedwiththegroundexperimentshows’that旃e_厂0rmerisfeasibleandeffective，andhasbetterappli—cationvalueinengineering．KeyWords：Packer；Rubber；Contactstress；StructuralOptimization中图分类号：TH16；TE931-4-．2文献标识码：A究

6、。在进行有限元分析时，只需建立整个密封装置的四分之～进1引言行建模分析。采用UG软件建立参数化模型，如图1所示。通过接封隔器位于油管和套管之间，当封隔器胶筒承受轴向载荷口导人ANSYS进行有限元分析。时，封隔器胶筒将会产生径向变形，使胶筒与套管之间产生接触应力，以达到密封的目的。所以研究胶筒与套管内壁接触应力对研究封隔器胶筒的密封机理、密封压差与接触应力之间的关系有重要的意义。为了让封隔器能够达到更好的密封效果，且封堵更高的压差，可以通过优化胶筒的壁厚来提高封堵压差的能力。根据封隔装置工作原理，运用ANSYS软件对封隔器型号为FGQ—C型9-5／8”x7”进行了胶筒和套管

7、内壁的受力状态分析，采用优选方案的方法优化封隔器的胶筒壁厚，使之能够承受更高的压差。1封隔器结构图坐封后能够封堵70MPa及以上的压差，即为最小密封要求。2．2ANSYS分析前处理2封隔器有限元模型的建立封隔器胶筒材料为丁腈40超弹性材料，选择HYPERI58实体单元类型。对于较大应变的求解，采用两参数模型Mooney—2．1计算模型的建立Rivlin模型，其应变能密度函数为：在ANSYS中可以通过结构的轴对称性简化模型，减少模型规模、缩短计算时间，提高计算效率。封隔器为典型的轴对称结W=C．。(Ii一3)+C01(，2—3)