基于ANSYS的采油树用四通本体结构三维静态有限元分析.pdf

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1、研夯与分析·机械研究与应用·基于ANSYS的采油树用四通本体结构三维静态有限元分析刘广君(北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏银川750021)摘要：油管四通是采油树装置的关键部件之一，其强度和刚度是保证采油树运行安全性和使用寿命的主要因素，生产厂家在其制造过程中，都必须对其关键部件进行强度试验。以某厂生产的油管四通为例，建立了本体结构的三维实体模型，采用ANSYS平台，对工作和静水压试验工况下的油管四通本体结构分别进行了有限元计算，并与理论计算进行了对比，结果表明，局部存在高应力区域，但总体上该设计是安全的。关键词：采油树；四通；有限元分析；本体结构中

2、图分类号：TE921．4文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)05—0008—03StaticfiniteelementanalysisofflangedcrosssmainbodystructurebasedonANSYSLiuGuang—jun(Schoolofmaterialsscienceandengineering，Be如ngethnicuniversityYinchuan，Ningxia750021，China)Abstract：Hangedcrossisakeypartofchristmastreeequipment；its

3、strengthandrigidityaremajorfactorforallkindsofChristmastreeSsafetyandoperatinglife，SOitisnecessarytocheckitsstrength．Thethree—dimensionalsolidmodelofflangedcro6sisestablished．Underconditionsofoperatingandhydrostaticaltesting，thefiniteelementanalysisofstrengthofthemainbodystructur

4、ebodyisdonebyusingtheANSYSanalysissoftware，thedistributionofstressisobtained，andthemostdangerousplaceisfound．Thecalculationresultsshowthatthestrengthissuitableforflangedcross．Keywords：christmastree；flangedcross；finiteelementmethod；mainbodystructure1引言径为r、外径为r2、令k=r2／r。。若筒体轴向很长，且采

5、油树主要由套管四通、套管闸门、油管头、油管不计简体端部的影响，筒体的几何形状、载荷、支承沿四通、总闸门、清蜡闸门及其所属附件组成，其作用是z轴没有变化，筒体沿轴线方向的应变为常数。控制和调节油井生产，实现下井工具、仪表的起下操根据弹性力学理论和拉梅公式，可得在均匀内压作和修井工作等⋯。工作过程中，采油树承受高压P的作用下，筒壁上任一点r处的径向应力、切向的作用，是典型的特种设备J，为保证运行过程中的应力和轴向应力：安全性和使用寿命，其每个组成零部件都需要有足够一的强度和刚度，因此，对其零部件进行受力分析，找出南应力分布规律和危险部位，对优化采油树装置的设

6、计是必要的。：≠(1一)p(1)I2一l1I油管四通是采油树装置的一个关键部件，20世=纪9O年代中期前，由于计算方法的限制，只能根据工：()p，2一I1程力学中的一些经验公式和简化方法来进行估算。其中：径向应力为压应力；切向应力为拉应力；20世纪9O年代后期，随着计算机技术和力学理论的轴向应力为拉应力。最大切向应力．出现在r发展，有限元方法在阀门类产品的设计和分析中应用=r的内壁处，由式(1)可得：发挥了重要作用。以某厂生产的油管四通为例，(1+

7、j})采用有限元法和ANSYS平台对四通本体结构进行了静态有限元分析，并将计算结果与简化计算结构进行o"r

8、(1-k2)(2)了对比，为其设计和改进提供了参考依据。2采油树用四通本体结构强度计算的理论简化在对本体结构进行强度计算时，选用第四强度理四通本体结构可简化为等壁厚的厚壁圆筒，其内论进行校核。由第四强度理论(形状改变比能理·项目：北方民族大学校级科研项目(编号：2009Y035)收稿日期：2010一O8一l6作者简介：刘广君(1975一)，男，内蒙古扎鲁特旗人，讲师，研究方向：精密成形设备结构分析与优化。·8·研究与分析·机械研究与应用·论)，可知阀体材料的等效应力Or应满足下式：工作状态时，四通的四端分别与管线连接，水压试验={—[一)+(一)+厶时，

9、四端均用盲板封住，并(，一)]}丁(3)固定在试验装置上，故把四将工作时，四通本