本研究通過ANSYS/LS—DYNA軟件構建鉆井泵閥的三維實體模型,模擬閥盤沖擊閥座的過程,分析脈動循環應力對泵閥疲勞破壞的影響。研究發現,沖擊疲勞破壞是泵閥失效的主要機理,應力集中區域承受的脈動循環載荷顯著降低泵閥的疲勞強度。通過泵閥疲勞壽命曲線,估算泵閥的使用壽命約為25h~30h。提出一種泵閥結構改進方案,通過圓弧型底面和圓滑過渡設計,有效減緩應力集中,將泵閥壽命提高至210h~320h,具有重要的實用價值。
(2)針對鉆井泵閥的沖擊疲勞破壞,通過分析泵閥材料在對稱循環應力下的條件疲勞極限,得到泵閥在脈動循環載荷作用下的疲勞壽命曲線。依據此曲線,校核由泵閥關閉階段簡化模型和泵閥沖擊過程有限元動力學模型求出的最大集中應力,估算泵閥的使用壽命。
(3)提出一種可降低應力集中的泵閥結構改進方案,從根本上減緩泵閥的沖擊疲勞破壞,對指導泵閥設計,進一步延長泵閥的使用壽命有一定的參考價值。
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