VoL.27 No.1 吴迪平等：石油套管螺纹联接仿真与接箍起始斜度优化 ·107 1.4 性变形量越大.而接箍则只在端部起始斜度附近 .25 区域小范围地发生了塑性变形.显然塑性变形分 1.0 布区域与等效应力分布规律相符. 胸0.8 06 0.4 3接箍起始斜度优化 斗 0.2 0.0 3.1起始斜度对啮合状态的影响 0 50 100150200 250300350 相位角() 从前面的分析可知，由于接箍起始斜度的大 图8最后一圈接触面平均长度的求取 小会影响到最末几个啮合螺牙的啮合情况，影响 Fig.8 Calculation of the mean contact length in the last 该区域的应力应变水平和分布规律，而该区域为 loop 接头结构等效应力最高区域.所以，接箍起始斜 度的合理选取会直接影响接头装配过程的粘结 1.2 情况，从而影响接头结构的使用寿命. 1.1 现保持其他条件不变，以5°为间距在2060° 1.0 ww/ 范围内变化接箍起始斜度并分别建模计算，研究 0.9 0.8 起始斜度的变化对接头联接状态的影响规律，并 寻找最佳起始斜度值. 0.7 0.6 不同接箍起始斜度条件下最后一圈螺牙 0.5 接触面的平均长度可用作图法来求得，首先，如 图7所示，在轴对称模型内最后一齿接触区的长 20 304050 60 接箍起始斜度/() 度L可以从模型上量得.然后，针对一定的接箍起 图9起始斜度对最后一圈螺牙接触面平均长度影响 始斜度，在0-360°范围内以45°为间隔分别建立 Fig.9 Effect of end pitch on the mean contact length in the 轴对称几何模型，即可获得轴对称模型最后一齿 last loop 接触长度随相位角的变化情况.利用如图8所示 1000 ■最高等效应力 的作图法可求出最后一圈的最大接触长度L, 6800 ·最高等效塑性应变 则最后一圈接触面的平均长度为： 0口最高接触压力 =空 600 图9所示为接箍起始斜度对最后一圈啮合 400 0 螺纹平均接触区长度的影响情况.可见，最后一 图200 圈接触区平均长度随接箍起始斜度的增大而增 大，并呈近似抛物线变化规律. 0 20 304050 60 图10所示为起始斜度对接头最高等效应力 接箍起始斜度) 水平、最高等效塑性应变以及最高接触压力大小 图10起始斜度对应力、应变及接触状态的影响 的影响情况.可见：(I)接头的最大等效应力水平 Fig.10 Effect of end piteh on the stress-strain distribution 随接箍起始斜度的增大首先略有上升，当接箍起 and contact behavior 始斜度从20°增大到30°时，接头的等效应力水平 后，在接箍起始斜度从50°增大到60°的过程中， 从481MPa增大到504MPa:但随着接箍起始斜度 接头的等效应力水平又略有回升， 的进一步增大，接头的等效应力水平开始下降， (2)接头的等效塑性应变随接箍起始斜度的 当接箍起始斜度为50°时达到最小值455MPa:最 增大亦呈现先增大后减小，然后又略有回升的变 化规律.当接箍起始斜度从20°增大到30°时，接 头的等效塑性应变从0.0151增大到0.0221：随着 接箍起始斜度的进一步增大，接头的等效塑性应 变开始逐渐减小，当接箍起始斜度增大到50°时， 图7轴对称模型中最后一齿的接触长度 接头的等效塑性应变达到最低点0.0094：最后当 Fig.7 Contact length of the last tooth in the model 接箍起始斜度从50°进一步增大到60°时，接头的V b l . 2 7 N o . l 吴迪 平 等 : 石油 套管 螺纹 联接 仿宾 与接 箍起 始斜 度优 化 4 `,0R6 `,0 l-x 八U 00 侧事卿、阵已日 性变 形量 越 大 . 而接 箍则 只在 端 部起 始斜度 附近 区 域 小范 围地发 生 了塑性 变形 . 显然 塑性 变 形分 布 区域 与等 效 应 力分 布 规律 相 符 . 恤一, ù 一L L E 一 3 接 箍 起 始 斜度优化 .3 1 起始 斜 度 对 啮合 状 态 的影 响 从前 面 的分 析可 知 , 由于接 箍 起 始斜 度 的大 小会 影 响到最 末 几个 啮合 螺牙 的啮合 情况 , 影 响 该 区域 的应 力应 变水 平和 分 布规 律 , 而 该区 域 为 接 头结 构等效 应 力最 高 区 域 . 所 以 , 接 箍 起 始斜 度 的合 理 选 取 会 直接 影 响接 头 装 配 过 程 的粘 结 情况 , 从 而影 响 接头 结 构 的使 用 寿命 . 现 保 持其 他 条件 不 变 , 以 5o 为 间距 在 20 一 6 0 范 围 内变 化接 箍起 始 斜度 并 分别 建模 计算 , 研 究 起 始 斜度 的变化 对接 头联 接状 态 的影 响规 律 , 并 寻 找最 佳起 始 斜 度值 . 不 同 接 箍 起 始 斜 度 条 件 下 最 后 一 圈 螺 牙 接触 面 的 平均 长度 可 用 作 图法 来 求得 . 首 先 , 如 图 7 所示 , 在 轴 对 称模 型 内最 后 一 齿接 触 区 的长 度L 可 以从模 型上量 得 . 然后 , 针对 一定 的接 箍起 始斜 度 , 在 O一 3 60 “ 范 围 内 以 45 “ 为 间 隔分 别 建 立 轴对 称几 何模 型 , 即可 获得 轴对 称模 型 最后 一 齿 接触 长度 随相 位 角 的变化 情 况 . 利 用如 图 8 所 示 的 作 图法 可 求 出最 后 一 圈 的最 大 接 触 长 度 L ~ , 则最 后 一 圈接触 面 的平 均 长度 为 : 0 5 0 10 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 相位角/ ( o ) 图 8 最后 一 圈接触 面平 均长 度 的求取 F ig . 8 C a l c u l a iot n o f t h e m e a o e o n at c t l e n g th in t h e al s t 1 0 0 P 山, l 八UC,R ù丈,了Uó f ù 0011 nU 侧率ù日除日日 2 0 3 0 4 0 5 0 60 接箍起始斜度 o(/ ) 图 , 起 始斜 度对 最后 一 圈螺 牙接触 面平 均长 度影 响 Fig . 9 E cf e t o f e n d p iet 卜 o n th e m e a n e o n t a e t l e n gt b in t h e l a s t l o o P 1 0 0 0 · 最高等效应力 · 最高等效塑性应变 口 最高接触压力 0on 426R00 下承只。ū侧ó咬侧袱 L里勺乙 一 L m 一 图 9 所 示 为接 箍起 始 斜度 对最 后 一 圈 啮合 螺纹 平 均 接触 区 长度 的影 响情 况 . 可 见 , 最 后 一 圈 接触 区 平 均 长 度 随接 箍 起 始 斜 度 的 增 大而 增 大 , 并 呈 近似 抛 物线 变 化 规律 . 图 10 所 示 为起 始 斜度 对 接 头 最 高等 效应 力 水平 、 最高 等效 塑性 应变 以及 最 高接 触压 力 大 小 的影 响情 况 . 可见 : ( l) 接 头 的最 大 等 效应 力 水平 随接 箍起 始 斜度 的增 大 首先 略有 上升 , 当接 箍起 始斜 度 从 加 “ 增大 到 3 0 时 , 接 头 的等 效 应力 水平 从 4 81 M P a 增 大到 5 0 4 M P a ; 但 随着 接 箍起 始斜 度 的进 一 步 增大 , 接 头 的等 效 应力 水 平 开始 下 降 , 当接 箍起 始 斜度 为 5 0 时达 到最 小 值 4 5 M P a ; 最 0 匕一一止一一一一一一 J 一一一一一 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 接箍起始斜度(/ o) 图 10 起 始斜度 对应 力 、 应变 及接 触状 态 的影 响 F 啥 . 1 0 E fe e t o f e n d P :it 盔 o n t h e s t er s s 一 s t r a in d is t ir b u iot n a n d e o n 妞 e t b e h a v io r 图 7 轴 对称 模型 中最 后一 齿 的接触 长度 iF g . 7 C o n at e t l e n gl h o f ht e I a s t ot o 比 in t h e m o d e l 后 , 在接 箍 起 始斜 度 从 5 0 增大 到 6 0 的过程 中 , 接 头 的等 效应 力水 平 又 略有 回 升 . (2 ) 接 头 的等效 塑 性应 变 随 接箍 起 始斜 度 的 增大亦 呈 现先 增 大后减 小 , 然 后又 略有 回 升的变 化规 律 . 当接 箍起 始斜度 从 2 0 增 大 到 30 “ 时 , 接 头 的等效 塑 性应 变 从 .0 0 15 1增 大 到 .0 02 1 ; 随着 接 箍起 始 斜度 的进 一步 增 大 , 接 头 的等 效塑 性应 变 开始 逐 渐减 小 , 当接箍起 始斜 度增 大 到 5 0 时 , 接头 的等 效 塑性 应变 达 到最 低 点 .0 009 4 ; 最 后 当 接 箍起 始斜 度 从 5 0 进 一步增 大 到 6 0 时 , 接 头的