封隔器系统工作行为仿真研究ppt课件.ppt

封隔器系统工作行为仿真研究内容1.1研究背景1.2研究目的及意义1.3研究主要内容（4）开发了具有自主知识产权的封隔器系统工作行为仿真软件；
（5）自行设计建造了封隔器整体工作性能测试的试验台架，完成了Y341-148封隔器台架试验研究。2.1封隔器的功能、分类及现有封隔器的结构锚定式分层注水管柱下管柱封隔器结构工作原理3.1三维实体模型的建立图3.2封隔器部分零部件3.2上外套有限元分析及结构优化图3.6上外套有限元计算结果表3.1内中心管结构优化前后应力对比值胶筒是封隔器的关键部件，本文开展了封隔器胶筒目前所用4种橡胶材料在模拟实际工作环境下的力学性能试验研究，测定了这4种橡胶材料在不同载荷、不同温度下的应力-应变数据，建立了与井下实际工况相对应的胶筒材料本构关系4.1试验目的及试验内容试验标准：试验步骤：试验设备及原理：图4.2SB802热、机综合疲劳试验器实物图图4.3SB802热、机综合疲劳试验器实物图4.2数据记录及处理图4.5505#橡胶在150°C时应力应变曲线及其压缩阶段拟合曲线4.3试验结果分析温度
（摄氏度）5.1接触问题及有限元法基本原理5.2封隔器研究要点及模型简化启动瞬间
封隔器在坐封或解封过程启动的瞬间，由于剪钉分布不是轴对称的，本文中将剪钉分布假定为轴对称的环带，取其剪切强度为一等效值采用消除环带单元的方式密封胶筒
封隔器胶筒的大变形特征和运动规律直接体现了封隔器的坐封和解封过程，为数值仿真的核心所在密封摩擦
胶筒变形和零部件之间的摩擦是坐封的主要阻力
解封过程
剪钉剪断后胶筒的自动反弹（卸压）过程是封隔器的解封过程，这时所有的阻力源与坐封过程相似，但方向相反。5.3封隔器系统工作行为仿真模型的建立摩擦接触问题求解方法滑动摩擦接触区内的应力、位移约束条件为：
二接触面间的法向间隙为零值：
二接触面上的法向应力恒为压应力：
二接触面的切向位移无约束，切向应力服从摩擦滑动定律：封隔器有限元模型基本物理关系：轴对称模型中，采用圆柱坐标系，以对称轴为Z轴，所有应力、应变和位移都仅为的函数，而与方向无关。应力、应变、位移分量分别为:
单元应变与应力表达式，直接采用弹性理论中的表达式：非线性弹性材料的应力应变关系虽为非线性，但材料完全弹性，应力应变互为单值函数，与加载历史无关，通过材料性能实验，即可建立应力强度应变强度的一般关系：封隔器系统工作行为仿真模型求解框图5.4模型求解特征及单元离散(2)简化的接触区定义
对任意的一对摩擦接触副，规定一个可能接触范围，将所围区域内的节点总编号按规定格式输入，并给出其滑动摩擦系数，程序即能自动完成接触面的分析。本程序设计中的可能接触区对节点、接触面的相对位置无要求，接触区域分析本身相对独立，但已经与整个结构系统融合一体。采用接触区局部循环迭代的形式，将接触分析与常规分析耦合在一起。(3)材料多样化
本研究程序考虑了2种相同本构材料（钢、橡胶）的应用，但可以具有多种变化参数或多种屈服模式。
(4)求解范围推广
本程序主要解决轴对称问题，推广应用到平面问题：可以求解弹塑性摩擦接触的平面问题。
(5)应力分析结果的再处理
对初步计算出的应力作处理，主要采用单元局部应力磨平的方式，用应力线性外推求解出单元节点上的应力应变。封隔器系统离散后有限单元数量2489个，3332个节点。本部分工作具有下述共通特征：
(1)单元尺度
轴对称单元均为平面单元形式，其环向应力、变形均由平面内的位移描述，因而对单元尺度作了必要限制，以提高计算分析精度。本研究中，所有四边形单元的长短边之比一般为2:1，特殊情形不超过3:1，单元的最短边约2mm。(2)单元形状
考虑到零部件的曲线边界多为接触区域，因此在有限单元剖分时，大部分采用4节点等参单元，而对个别部位采用5节点等参单元。
(3)轴对称简化
合理地将封隔器系统简化为一个轴对称体系。
(4)螺纹连接简化
螺纹连接区域的几何形状、应力分布比较复杂。本研究中将所有螺纹连接部位简化为固定连接(5)密封圈（盘根）的简化
本研究中，将密封圈的张紧力转换为径向压力和滑动方向的摩擦阻力，分别施加在原密封圈的配合节点对上
(6)零部件之间的配合（贴靠）
本文对零部件之间的贴靠均假定初始状态是连接在一起的，构造网格单元时直接将配对节点固连。对有相对变化、可演变为接触问题的动态配合面直接处理成可能接触区。图5.6封隔器系统有限元离散模型总图图5.10封隔器系统有限元离散模型局部图（下活塞、下接头区域）5.5封隔器模型有限元模型计算参数确定6.1软件的总体设计方案及运行平台Y341-148井下封隔器工作行为仿真软件图6.3软件运行界面图6.5原始参数输入整体界面图6.6系统默认封隔器结构参数图6.8工作压力及材料参数输入界面图6.12胶筒一、胶筒二、胶筒三变形及应力