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旋转控制头动密封胶芯接触应力有限元分析与试验研究

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第一章 绪论

1.1本课题研究的目的、意义

1.2旋转控制头动密封相关文献综述

1.2.1往复式动密封原理及常见结构形式

1.2.2密封摩擦力

1.2.3旋转控制头动密封胶芯的类型及密封原理

1.2.4国内外发展现状及发展趋势

1.3本文主要研究内容与技术路线

参考文献

第二章 胶芯材料及其物理特性分析

2.1前言

2.2胶芯材料

2.3胶芯材料物理特性

2.4橡胶弹性理论

2.5本章小结

参考文献

第三章 胶芯接触应力有限元分析

3.1相关理论分析

3.1.1 Mooneey-Drivlin模型

3.1.2非线形问题的有限元方程

3.1.3接触问题的有限元分析方法

3.2胶芯与钻杆之间接触应力分析

3.2.1有限元建模

3.2.2边界条件

3.2.3计算结果分析

3.3不同过盈量条件下胶芯与钻杆之间接触应力分析

3.3.1有限元建模

3.3.2边界条件

3.3.3计算结果分析

3.4本章小结

参考文献

第四章 胶芯接触应力及摩擦力测试

4.1胶芯与钻杆之间接触应力测试

4.1.1试验方案设计

4.1.2试验数据处理

4.1.3试验结果分析

4.2胶芯变形量测试

4.3胶芯与钻杆之间的摩擦力及胶芯过接头时的阻力测试

4.3.1试验方案设计

4.3.2试验数据处理

4.4摩擦系数确定

4.5胶芯与钻杆之间摩擦力有限元计算结果与测试结果对比

4.5.1胶芯与钻杆之间摩擦力有限元计算结果

4.5.2胶芯与钻杆之间摩擦力有限元计算结果与测试结果对比

4.6本章小结

参考文献

第五章 胶芯失效形式分析

5.1胶芯主要失效形式

5.2胶芯密封典型工作状态

5.3失效原因分析及对策

参考文献

第六章 全文总结

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

该文采用理论分析和试验相结合的方法,通过对旋转控制头动密封胶芯接触应力进行有限元分析和试验研究,进一步分析动密封胶芯的密封性能、摩擦特性和失效机理,为旋转控制头胶芯的国产化提供技术支持和理论依据.结合欠平衡现场工况,对胶芯的材料、性能提出了具体的要求.鉴于橡胶材料的非线形、不可压缩性和大变形特性,该文采用两参Mooney-Rivlin模型来描述橡胶变形.采用非线形有限元法,借助ANSYS5.7软件,对旋转控制头胶芯接触应力进行数值模拟.对接触问题采用间隙元法进行处理.采用试验的方法,对胶芯与钻杆之间接触应力、摩擦力及胶芯变形进行了测试.采用间接测量法,以电测的方法测出钻杆内壁各点的周向应变,根据圆筒受外压时内壁产生应变的计算公式反推出对应外表面的接触应力.最后,结合有限元分析和试验结果,对胶芯失效机理进行了分析,并提出了相应的对策.

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