·108* 北京科技大学学报 2005年第1期 等效塑性应变又有所回升，达0.0109. 触压力、改善粘结问题以及使整个接头尽量工作 (3)接头最高接触压力随接箍起始斜度的增 在较低的应力水平出发，接箍最佳起始斜度应为 大呈现出明显的减小趋势.当接箍起始斜度从 5055°.利用本研究结果，生产商在生成过程中 20°增大到60°时，接触压力从881Ma减小到432 对接箍的起始斜度进行了调整.经使用后发现， Pa,减小幅度达51%，且变化速度存在先快后 接箍起始斜度调整以后，螺纹粘结问题得到了明 慢的规律，显然，这是由于接触压力与接触面积 显改善， 之间存在反比关系造成的. 31最佳接箍起始斜度的确定 4结论 接头螺纹的粘结主要由螺纹接触面接触压 针对API8牙圆螺纹套管接头建立了轴对称 力决定，接触压力越大，粘接现象发生的可能性 有限元模型，分析了机紧状态下接头典型应力应 就越大刃.所以，从解决接头螺纹粘接问题出发， 变及接触行为规律通过.对接箍起始斜度的优化 最佳接箍起始斜度应该有利于降低螺纹接触面 研究发现，接箍最佳起始斜度应为50-55°，该结 的接触压力 果成功地应用于生产实际， 另外，接头螺纹接触压力最大的区域为啮合 区两头的最后一圈螺纹，而接箍起始斜度的变化 参考文献 主要影响接箍端部螺纹最后一圈受力螺纹牙的 [1]Wang L,Zang Y,Chen Z N,et al.Modal analysis of thread off 应力、应变及接触压力，对啮合区大部分区域的 failure ofoil round thread casing connection.JUniv Sel Tecbnol Beijing,2001,8(4:271 应力、应变及接触压力状态影响甚微.所以，研究 [2]藏勇.拉伸载荷作用下的套管接头的特性分析.北京科技 接箍最佳起始斜度应主要考虑有利于降低接箍 大学学报，1997,19（增刊）：6 端部螺纹最后一圈螺纹接触面的接触压力，同时 [3]戴勇，油套管抗挤毁性能的初始后屈曲理论分析.北京科 兼顾接头的整体应力水平及塑性变形水平， 技大学学报，1997,19(3：291 [4]American Petroleum Institute.API STD 5B Specification for 由图10可知，接头最大接触压力随接箍起始 Threading,Casing,and Thread Inspection of Casing.Tubing, 斜度的增大而减小，变化速度上存在先快后慢的 and Line Pipe Threads.Fourteenth Edition.USA API,1996 变化规律，这说明从减小接触压力角度讲，接箍 [5]American Petroleum Institute.API SPEC 5CT Specification for 起始斜度越大越好，但当起始斜度增大到一定程 Casing and Tubing.Sixth Edition.USA API,1998 [)张毅，王长安，韩勇.API8牙圆螺纹公差与上扣扭矩的试 度以后，起始斜度的进一步增大对改善接触压力 验选择.焊管，1998,20(4：18 的效果将不再明显， [刀刘玉文，王治国黄子阳，圆螺纹油管接头齿面接触应力 考虑到起始斜度为50°时等效应力水平、塑 与粘扣分析.宝钢技术，19992：33 性变形程度同为最低，所以，从有效降低接头接 Simulation of casing connection and optimization on end pitch of coupling WU Diping",ZANG Yong",OINOin,GUAN Daxin 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Tianjin Municipal Seamless Steel Tube Plant,Tianjin 300220,China ABSTRACT An axial symmetric FEM model is established for API 8 tooth round thread casing connection.The contact behavior and stress-strain distribution in the connection area are analyzed when the connection is screwed down by machine,especially under different end pitch values.Through investigating the effect of end pitch,it is proposed that the best pitch of the hoop should be 50-55.This result has been successfully used in practice. KEY WORDS casing connection;round thread;end pitch;FEM北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 5 年 第 一期 等效塑 性 应变 又 有所 回升 , 达 .0 0 10 9 . (3 ) 接 头最 高 接触 压 力 随接 箍 起始 斜 度的增 大 呈现 出 明显 的减 小趋 势 . 当接 箍起 始斜 度 从 2 0 0增 大 到 6 0 0 时 , 接触 压 力从 8 8 l M P a 减 小 到 4 3 2 M P a , 减 小 幅度 达 51 % , 且变化 速 度存 在 先快后 慢 的规 律 . 显然 , 这 是 由于接 触 压 力 与接触 面积 之 间存 在 反 比 关 系造 成 的 . .3 2 最 佳接 箍 起始斜度的确 定 接 头 螺 纹 的粘 结 主 要 由螺 纹 接 触 面 接 触 压 力 决定 , 接 触 压 力越大 , 粘接现 象 发 生 的可 能性 就越 大伟,7] . 所 以 , 从 解 决接 头螺 纹粘 接 问题 出发 , 最佳 接 箍 起 始 斜度 应 该有 利 于 降低 螺 纹接 触 面 的接 触 压 力 . 另外 , 接 头 螺纹 接触 压 力最 大 的区 域 为 啮合 区 两 头 的最后 一 圈螺 纹 , 而接箍起 始 斜度 的变 化 主要 影 响 接 箍 端 部螺 纹 最 后 一 圈 受 力螺 纹 牙 的 应力 、 应变 及 接 触压 力 , 对 啮合 区 大部 分 区域 的 应力 、 应 变及 接触 压 力状 态影 响甚 微 . 所 以 , 研 究 接 箍 最 佳 起 始 斜 度 应 主要 考 虑 有 利 于 降低 接 箍 端部 螺纹 最后 一 圈螺 纹接 触面 的接触 压 力 , 同时 兼顾 接头 的整 体应 力 水 平及 塑 性变 形 水 平 . 由图 10 可知 , 接 头 最大 接触 压 力随接 箍起 始 斜度 的增 大而 减 小 , 变 化速度 上 存在 先 快后 慢 的 变化 规 律 . 这 说 明 从减 小接触 压 力 角度 讲 , 接 箍 起始 斜度 越 大越 好 . 但 当起 始斜 度增 大 到一 定程 度 以后 , 起 始斜度 的进一 步增 大对 改善接 触压 力 的 效果 将 不再 明显 . 考虑 到 起始 斜 度 为 50 时等 效 应力 水 平 、 塑 性 变形 程 度 同 为最低 , 所 以 , 从 有 效 降低 接 头接 触压 力 、 改 善粘结 问题 以及使 整个 接头尽 量工 作 在较低 的应 力水 平 出发 , 接箍 最佳 起始斜 度应 为 50一 5 50 . 利 用 本研 究 结 果 , 生 产 商在 生 成过 程 中 对接 箍 的起 始 斜 度进 行 了调整 . 经 使 用 后发 现 , 接箍起 始 斜 度调 整 以后 , 螺纹粘结 问题 得 到 了 明 显 改善 . 4 结 论 针 对 A P IS 牙 圆 螺纹 套管接头 建 立 了轴对 称 有 限元模型 , 分 析 了机 紧状 态下 接头 典型 应力 应 变及 接触 行 为规 律通 过 , 对 接 箍起 始斜 度 的优 化 研 究发 现 , 接 箍最 佳 起始斜度 应 为 50 一5 50 . 该 结 果成 功 地应 用 于 生产 实 际 . 参 考 文 献 [ l ] W匆, g L , z aD g Y, C h en Z N , et ia . M od ia an a ly s i s o f d 止 e ad o f 加1叨陌 o f o il r o nU d ht re ad e as in g c o n n e tC ion J U . 钾 S c i T 阮h n ol B iej 加9, 2 0 0 1 , 8 ( 4 ) : 2 7 1 【2] 减勇 . 拉伸载 荷作 用 下的套 管接 头的特性 分析 . 北 京科 技 大 学学 报 , 19 9 7 , 19 (增刊 ) : 6 3[ ] 减勇 , 油套管抗挤 毁性 能 的初始 后屈 曲理 论分 析 . 北京 科 技 大学 学报 , 19 9 7 , 1 9 ( 3 ) : 2 9 1 [ 4] A m e ir e an P e tr 0 1 e侧 m 】ns tin n e . A卫I S T D SB S eP c iif e a tion ofr T b 闰 ad ign , C as 吨 , an d l飞甘 e ad nsI pe e t i o n of C as 吨 , uT b ign , an d L ine P ipe 1 1业 e . d s . F o 让 rt e 目ht E山 t i o n . U S A A P I , 19 9 6 〔5 ] A m e ir c an P心汀o 】. 切m il ” t i奴lt e . AP I S P E C SC T S eP c iif c at i 0 O for C as 吨 助d uT b ing . S 认 th E idt ion . U S A A 夕I , 19 98 6[] 张毅 , 王长 安 , 韩勇 . 八夕18 牙 圆螺纹 公差 与上 扣扭 矩 的试 验 选择 . 焊管 , 19 9 8 , 2 0 ( 4 ) : 18 7[] 刘 玉文 , 王 治 国 . 黄 子 阳 . 圆螺 纹油 管接 头齿 面接 触应 力 与 粘扣 分析 . 宝 钢技 术 , 19 99 ( 2) : 3 S i mu lat i o n o f c a s ign e o n e e ti o n an d op t im i z at i o n o n e n d P it e h o f e o uP lin g 尸 U D IP ign ,气2 月N G oY gn , ), QNI Qiln 几 G UA N D ax inz , 1 ) M e c h an i e al nE g in e e inr g S c h o l , U n i v e sr iyt o f s c i e n c e an d 介 e hn o l o g y B e ij 川 g , B e ij ing l 0 0 0 83 , C h i n a 2 ) iT anj in M un i c iPia S e am l e s s S 仍e l uT b e P I助` iT 咧in 3 0 02 2 0 , C h il , a A B S T R A C T A n ax i a l s y m m e侧 e F EM m o d e l 1 5 e st ab il hs e d for A PI 8 t o o th r o un d t hr e ad c as ign c o uen e it on . hT e e o ln at c t b e h a v i o r an d s etr s s 一 s tr aj nL id s itr b ut ion in ht e e o n n e e it on aer a aer an a l y z e d w h en het e o n n e ict on 1 5 s e er we d d o wn b y m a c h i n e , e s P e e i al ly un d e r id fe r e n t en d Pict h v a lue s . 们恤皿沙 访v e ist g iat n g ht e e fe e t o f en d P ict 玩 it 1 5 p r o P o s de ht at het b e st Pit c h o f het h o 叩 s h o ul d b e s伽 5 5 0 . T h i s r e s u lt h as b e en csu e e s s甸ly us e d in P r aC t i c e · K E Y W O R D S c as ign co lm ce it on ; r o un d thr e ad ; 。 d p ict ;h FE M