调质G105钢级钻杆矫直残余应力的计算机模拟.pdfVIP

调质 G105 钢级钻杆矫直残余应力的计算机模拟 赵 波 王长顺 解德刚 陈克东 郑云龙 （鞍钢股份有限公司技术中心，鞍山 114009 ） 摘 要 消除钢管在轧制和热处理过程中出现的纵向偏差及圆度偏差等缺陷，通常采用矫直的方法，但经矫直后的 钢管存在较大的残余应力，这也是钢管在使用过程中失效的重要原因之一。为了分析矫直对钢管残余应力分布的影 响，本文采用ANSYS/LS-DYNA 有限元模拟软件对调质 G105 钢级钻杆六辊矫直过程进行了数值模拟，分析了矫 直过程中钢管的应力应变情况及矫直后的残余应力分布状态。结果表明，经矫直后的钢管存在很大残余应力，且残 余应力呈螺旋形交替排列，钢管内表面轴向和环向应力为压应力，外表面为拉应力，且环向应力数值较大。 关键词 钻杆；矫直；残余应力；ANSYS/LS-DYNA The Simulation Analysis for Residual Stress of Tempering Drill G105 Steel Pipe after Straightening Zhao Bo Wang Changshun Xie Degang Chen Kedong Zheng Yunlong (Technology Center of Angang Steel Co. ,Ltd. , Anshan, 114009) Abstract Straightening method was often used to solve the vertical deviation and circularity deviation problem of pipe. The residual stress in pipe after straightening was one of the main reasons to cause the pipe failure. In this paper the finite element software ANSYS/LS-DYNA was used to analysis the process of pipe six-roller straightening. Strain and stress in process of straightening and residual stress distribution after straightening were analyzed. The results show that the pipe had high residual stress value with spiral morphology after straightening. The circumference stress and axial stress was compression in pipe inner face and tensile stress in external face. The stress value of circumference stress is higher than axial stress. Key words drill bar, straightening, residual stress, ANSYS/LS-DYNA 1 引言 在石油钻采行业中，钻杆是石油钻柱的重要组成部分，主要用以传递扭矩、输送泥浆以及钻进使用。钻 杆在钻井过程中承受着各种交变应力的作用，如拉伸、扭转、压缩、弯曲以及冲击等。因此，随着油田勘探 技术的不断发展，油田企业对钻杆的品种、材质、性能、质量以及加工工艺等方面都提出了更为严格的要求。 为了提高石油钻杆的连接强度和力学性能，通常对钻杆进行热处理，之后还要经过热矫直或冷矫直，以 保证产品的形状精度[1-3] 。钢管在矫直过程中多次发生弹性和塑性变形，通过变形来消除其纵向偏差及圆度 偏差等缺陷，但经矫直后的钢管存在较大的残余应力，这往往又是其失效的重要原因之一[4-6] 。因此，准确 控制残余应力、降低其对产品性能影响已经成为钢管生产厂家亟待