套管挤毁试验研究与有限元分析.pdfVIP

维普资讯 焊管 ．第30卷第5期．2007年9月 ●试验 与 研 究 套管挤毁试验研究与有限元分析 常 龙 ，高连新 ，王为民 (1．华东理工大学 机械与动力工程学院，上海 200237； 2．上海宝山钢铁集团公司，上海 201900) 摘 要：预测套管的挤毁失效压力一直是管柱力学研究的热点，针对这一问题，利用在套管外 壁粘贴应变片的方法，研究了套管挤毁失效过程中的应变情况。同时，在考虑套管残余应力、 几何缺陷等因素的条件下，建立了预测套管挤毁失效压力的有限元模型，并根据试验结果对模 型进行了修正。利用该修正的有限元模型，计算了套管的挤毁压力。试验结果和有限元分析 结果表明，该模型具有较高的计算精度，可以用来计算套管的挤毁失效压力。 关键词：套管挤毁；挤毁压力；有限元分析；试验研究 中图分类号：TG113．25 文献标志码 ：A 文章编号：1001—3938(2007)O5—0045-04 O 前 言 行试验。选择试验用套管样品，要求L／D=8(套 管长度与外径之比)，此时可忽略两端夹持的影 套管的抗挤强度通常是按照APIBUL5C3标 响，将试样看成无限长管。试验步骤如下： 准计算…的，它并不能反映石油套管几何缺陷的 (1)选择试样 中间的3个截面，3个截面间距 影响，因此计算精度不高。此外，有限元法也被广 150mm，标注记号； 泛用于计算套管的抗挤强度 J，但是研究者不 (2)利用超声波测厚仪和外径千分尺详细检 同，建立的模型往往不同，计算结果会有较大出 测 3个截面的壁厚、外径等几何尺寸； 入。同时，套管挤毁是各种因素综合作用的结果， (3)检测试验套管的力学性能； 包括有限元方法在 内的理论方法大多只从某一个 (4)检测试验套管的残余应力值； 或某几个侧面研究套管的挤毁问题。目前对套管 (5)如图1所示，在 3个截面上粘贴应变片， 挤毁的试验研究较少，特别是全尺寸模拟试验研 为了充分反应套管不圆和壁厚不均对套管抗挤性 究更是不足，有必要开展这一方面的研究。 能的影响，180。范围内每间隔45。粘贴 1个应变片， 笔者通过全尺寸试验的方法，在套管外壁粘 这样每个截面粘贴5个应变片(包括壁厚最小处， 贴应变片，研究套管挤毁过程中外壁的应变变化。 并对称分布)，3个截面共粘贴 l5个应变片。 同时，在实测参数的基础上，建立有限元模型，研 究套管外壁对应点的应变值，并根据试验结果修 I150I150 【 正有限元模型，使应变互相吻合。最后，利用修正 后的模型进一步计算得到套管的挤毁压力。通过 测量套管外壁的应变，结合有限元模拟的方法预 r、(：，t、 测套管的挤毁压力 ，是一种新的研究途径。 1 试验方案及结果 1．1 试验方案 9／ 利用套管挤毁试验机和水下应变测试系统进 图1 应变片粘贴方案 维普资讯 焊 管 2007年9月 (6)对应变片进行绝缘防护； 1．2 试验 结果