新型三明治夹芯金属橡胶毡垫本构模型研究

对新型三明治夹芯金属橡胶毡垫的本构模型开展了预测研究.在分别考虑由上、下金属丝表层与不同丝材和丝径相互混压而成的多层夹芯结构形式的基础上,基于微弹簧单元理论和串/并联刚度分析法,创建了新型三明治夹芯金属橡胶毡垫的本构模型.定义了未接触、滑移接触和挤压接触3种接触状态,在推导获得不同接触状态下该毡垫的加载和卸载刚度后,实现了应力-应变曲线的预测.最后,对由铜丝和不锈钢丝构成的多款三明治夹芯金属橡胶毡垫样件开展了准静态压缩测试.实验结果表明,所建立的本构模型的最大刚度预测误差为9.1%,最大损耗因子预测误差为10.7%,具有较好的预测能力,且新型金属橡胶毡垫相比于传统金属橡胶毡垫具有更好的减振能力.相关研究成果可为新型金属橡胶毡垫构成的结构系统的关键力学参数计算与分析,提供重要的模型工具.

基于ABAQUS旋转防喷器胶芯的非线性有限元分析

旋转防喷器(RBOP)是欠平衡钻井中必不可少的安全保障设备,其中胶芯是旋转防喷器(RBOP)的关键部件和密封单元,其密封性能决定了旋转防喷器(RBOP)的密封能力。研究了旋转防喷器胶芯的工作机理及故障,依据国家标准和专利建立了胶芯的三维模型。通过分析研究,选择了适合胶芯材料的本构模型Yeoh模型,通过橡胶材料的单轴拉伸试验所获得的实验数据,使用ABAQUS软件拟合出本构模型的待定系数;在ABAQUS软件中建立钻杆与胶芯接触的三维力学模型,研究计算在不同井压下,钻杆与胶芯之间的接触压力大小和变形情况,得到了不同井口压力下,胶芯密封压力的变化规律——当井口压力逐渐增加时,胶芯内锥面开始发生变形,变形随压力的增加而增大,同时,内锥面和主密封面接触发生应力集中的现象;分析了井口压力为0时,钻杆接头通过胶芯内孔时,胶芯接触压力情况,得到了接触压力在胶芯内锥面各个节点的变化规律,为胶芯的失效分析和设计制造提供了理论依据。

锥形防喷器密封性能分析及结构改进

以FH18-35GK锥形防喷器为研究对象,根据锥形防喷器工作原理,推导活塞的最大行程和锥形胶芯最大挤胶量计算公式;通过单轴拉伸和压缩实验,确定胶芯材料的本构模型为Yeoh模型,建立锥形防喷器的三维模型,运用CAE仿真软件模拟锥形防喷器工作时胶芯的力学行为,分析胶芯和支撑筋的应力及接触压力的分布规律。结果表明:活塞达到最大行程时,胶芯的最大应力分布在胶芯上部隆起位置的前段,支撑筋的最大应力分布支撑筋中板块与胶芯接触的圆角处和支撑筋下板块与活塞接触处;胶芯中部平整区是主要的密封区域,但FH18-35GK锥形防喷器胶芯中部主要密封区域的接触应力较小,不能有效密封钻杆。通过增大密封长度和胶芯锥角,对FH18-35GK锥形防喷器胶芯结构进行优化改进。结果表明:优化后胶芯和支撑筋的最大应力虽增加,但均在材料的屈服极限内,而胶芯和钻杆之间的接触应力增加了约42%,有效增强了锥形防喷器的可靠性。

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明:多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。

TiO_(2)-PDA核壳结构及TiO_(2)-PDA/硅胶复合材料的制备

将多巴胺单体在纳米TiO_(2)粒子表面聚合,形成TiO_(2)-聚多巴胺(PDA)核壳结构,与硅胶(SR)共混制备了TiO_(2)-PDA/SR复合材料,并研究了其结构与性能。结果表明:使用多巴胺单体增加了TiO_(2)的分散性与相容性;PDA包覆的TiO_(2)粒子分散性明显提升,形成了较为清晰的核壳结构;PDA稳定且牢固地自聚在纳米TiO_(2)粒子外层,不易脱落;TiO_(2)-PDA/SR复合材料的起始分解温度从450.44℃提升到468.01℃,复合材料微观形貌呈海-岛结构。

高速铁路高低塔斜拉桥减隔震装置研究

通过分析各类减隔震装置对高速铁路高低塔混合梁斜拉桥的减隔震作用,从而选取合理减隔震装置。以阜淮(阜阳—淮北)新建高速铁路跨颍河主跨230 m的高低塔混合梁斜拉桥为研究对象,建立铅芯橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座、黏滞阻尼器有限元模型,采用非线性时程分析法对塔底弯矩、梁端水平位移等目标函数进行地震响应分析。结果表明:采用铅芯橡胶支座,塔底弯矩降幅达到49.9%;采用摩擦摆减隔震支座,塔底弯矩降幅达到54.3%;采用黏滞阻尼器,塔底弯矩降幅达到62.0%。对于高速铁路高低塔混合梁斜拉桥而言,黏滞阻尼器减隔震装置更合理,并给出合适设计参数。

钢丝绳芯输送带接头强度与预成型芯胶技术研究

钢丝绳芯输送带是带式输送机的牵引和运载构件,接头破坏是引起钢丝绳芯输送带故障的主要原因。为了提高输送带的接头强度和接头硫化效率,基于现有接头硫化工艺,提出了一种预成型芯胶敷设技术,以ST1600型钢丝绳芯输送带接头为研究对象,对该技术的应用进行了理论分析和试验研究。首先,建立输送带接头力学模型并进行受力分析,通过ANSYS Workbench软件研究钢丝绳水平、垂直间距不均匀性对接头强度的影响,然后,提出预成型芯胶敷设方法,通过芯胶流固耦合分析对比了填充式芯胶与三角形、梯形和半圆形芯胶凹槽对限制钢丝绳偏移的作用效果。最后,通过接头预成型芯胶硫化试验研究了该技术对输送带胶体粘合强度、接头硫化效率以及接头强度的影响。研究表明:输送带接头处钢丝绳的受力与其纵向位移有关,由于传统接头硫化作业中无法实现钢丝绳的均匀分布从而引起钢丝绳受力不均,影响接头强度,而钢丝绳水平间距相较垂直间距的变化对钢丝绳等效应力的影响尤为显著,更易引起接头钢丝绳的破坏。预成型芯胶敷设技术能够有效减少钢丝绳的偏移量,其中半圆形芯胶凹槽效果最优,水平方向减少70%,垂直方向减少86.9%。在相同硫化条件下,与填充式芯胶相比,三角形、梯形和半圆形芯胶凹槽硫化后的粘合强度分别提升了1.91%、−3.51%、2.48%,半圆形芯胶与钢丝绳结合度最好;采用半圆形芯胶凹槽的预成型芯胶技术敷设钢丝绳可减少70%作业时间,硫化后的输送带接头强度提高5.74%。研究结果可为钢丝绳芯接头硫化工艺的改进提供理论和实践指导。

小型铅芯橡胶支座剪切性能试验研究

通过对小型铅芯橡胶支座(LRB)进行剪切试验,研究了支座剪应变、压应力和加载频率对支座等效水平刚度、屈服后刚度、屈服力和等效阻尼比的影响。结果表明:随着剪应变的增大,支座的等效水平刚度和屈服后刚度减小,屈服力增大,等效阻尼比呈线性减小;随着竖向压应力的增大,支座的等效水平刚度减小,屈服后刚度呈线性减小,屈服力和等效阻尼比呈线性增大;加载频率对支座的剪切性能基本没有影响,可以忽略;100%剪应变以内,施加的剪应变和压应力没有对隔震支座造成损伤;剪应变超过100%的大变形和大压应力会使支座进入塑性,造成支座部分永久性损伤。建议根据振动台试验的工况顺序及支座在振动台试验的最大实际变形设计拟静力试验的工况。提出日本规范等效水平刚度计算公式的修正系数,并与振动台试验实测值进行对照,证明了修正后的计算公式计算精度有所提高。

低烟量输送带用阻燃芯胶配方研究

设计了能够降低燃烧烟气量的输送带用阻燃芯胶,芯胶配方为:80份丁苯胶,20份天然胶,50份炭黑,3.5份硫磺,1.5份NOBS,20份氯化石蜡,15份十溴二苯醚,5份三氧化二锑,20份硼酸锌,20份氢氧化铝。芯胶配方的黏合性能满足MT/T668-2019的要求,且烟密度为220。

某双塔高位弱连体结构设计研究

连体结构受力较复杂,连接形式的选择及连接节点的设计尤为重要,其是结构设计的重点和难点。对某双塔高位连体结构进行分析,研究表明,采用可滑动弱连接型式更适合本工程。连接体采用双层钢桁架结构,选用铅芯隔震橡胶支座与塔楼进行连接。计算分析表明,双塔可满足大震不倒,高位弱连接体可达到大震下不掉落的抗震设防目标。

带压作业闸板防喷器胶芯失效机理研究

针对带压作业过程中闸板防喷器胶芯易失效的问题,以现场使用的带压作业闸板防喷器胶芯为研究对象,通过实验确定了橡胶基体的本构关系,利用ABAQUS软件对比研究了4种不同井筒压力对胶芯的疲劳失效与密封失效的影响。结果表明:分析结果与现场应用胶芯的失效位置相符,验证了分析的正确性;胶芯的疲劳失效位置集中在橡胶基体与闸板上下部的4个尖角接触区域,上部区域失效严重;井筒压力的大小影响橡胶基体密封面上的接触应力分布,但对耐磨块密封面上接触应力分布影响不显著。建议在橡胶基体与闸板上下部的4个尖角区域补强以增加胶芯寿命。

煤层气欠平衡钻井旋转控制头胶芯密封特性分析

旋转控制头胶芯的密封性能是影响煤层气欠平衡钻井施工效果的重要因素。根据煤层气钻井工况,对井口偏心工况、起钻和钻进工况下,旋转控制头胶芯和钻具间的接触压力进行了有限元模拟研究,并分析了胶芯不同结构参数对胶芯密封性能的影响,为煤层气钻井低压密封胶芯的优化设计和研制提供了依据。结果表明:胶芯与钻具间的接触压力随偏心距的增大而增大,且靠近偏心侧的接触压力较大;钻进工况下,钻具本体和接头部分的接触压力都明显小于起钻工况;接触压力随外锥角的减小而增大,随内锥角的减小而减小,但变化量较小;摩擦力随主密封段长度的增加呈线性增加,钻杆接头部分明显大于本体。现场应用实践验证了分析结果的正确性。

闸板防喷器可控柔性密封性能分析

通过对闸板防喷器可控柔性密封的工作环境、密封原理的分析,提出采用丁腈橡胶作为密封基体、聚酰胺材料作为耐磨体组成的可控柔性密封胶芯结构,可大大减少密封橡胶的磨损量,延长胶芯的工作寿命。结合开关型可控柔性密封工作原理,建立胶芯的数值分析模型,通过运用Cosmos和Ansys分析软件对所建模型进行有限元分析。分析结果表明胶芯整体受力和变形满足设计要求,分析结果与实际胶芯的破坏部位相吻合。

一种新型主动密封式旋转防喷器的研制

为了实现胶心开关和密封压力灵活可控,延长胶心的使用寿命,增强旋转防喷器的旋转密封性能,研制了一种新型主动密封式旋转防喷器。该防喷器核心密封部件设计为一种参数指标更优、尺寸更小、受压载荷更小的油压收缩主动补偿式组合胶心。通过室内模拟试验,胶心密封性能得到彻底完善,达到驱动液压油无压降,无可见渗漏的效果。现场应用结果表明,该防喷器性能可靠,装卸快速,降低了现场操作人员的劳动强度,使用寿命大大延长,满足欠平衡钻井现场作业要求。

球形防喷器胶芯失效分析

球形防喷器胶芯是井控设备中的易损件,弄清胶芯的失效形式和原因对于提高其使用寿命和可靠性具有重要意义。根据球形防喷器的工作原理,分析胶芯在几种典型工况下的受力与变形规律;结合现场使用情况,总结出胶芯的主要失效形式有:胶芯上表面开裂和层块状脱落;胶芯内壁大块脱胶;胶芯底部与活塞接触处橡胶开裂;胶芯不能密封住井底高压流体;封井后胶芯不能及时恢复等。综合分析上述各种失效形式后,认为提高球形防喷器胶芯的密封可靠性和性能,应主要从胶芯材料和结构方面入手,即应优化胶芯和支撑筋的结构形状和尺寸,降低胶芯中的峰值应力;应改进胶芯橡胶材料配方和硫化工艺,提高橡胶的抗拉性能、扯断永久伸长率、耐油性能、抗老化性能等。

闸板防喷器胶芯密封参数算法及结构优化

根据闸板防喷器工作性能要求，通过建立闸板总成力学模型，应用橡胶非线性大变形理论，研究了胶芯密封比压与偏心距等密封参数的确定方法。并依据胶芯可靠、合理封井的条件，确定了保证防喷器正常工作时偏心距的取值范围。

过油管防喷器密封胶心结构分析与优化

过油管防喷器依靠环形密封胶心实现油田带压起下管柱时的井口防喷控制。利用Solid-works软件建立模型,对其在不同控制压力下的接触压力进行计算,说明胶心对常规油管进行动密封时,圆柱面中间区域是主要密封"工作面",上端面边棱位置应力严重集中且易破坏。以此为基本事件,借助有限元软件优化模块,建立优化目标,完成了胶心尺寸优化,获得最佳长径比为1.7。改型胶心密封性能得到加强,寿命得以延长,对提高油田防喷控制效率有重要意义。

带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析

带压作业闸板防喷器的关键部件是密封胶心和壳体,分别采用尼龙与帘线-丁氰橡胶复合材料和合金钢锻件制造。以SolidWorks及Cosmos有限元软件为平台建立了数值模型,对胶心和壳体进行了受力数值模拟计算。计算结果表明,在20MPa的压力作用下,胶心接触压力最大值位于尼龙下端棱角位置,达9.7MPa,橡胶翼板无明显应力集中现象,胶心结构强度满足要求;壳体在系统压力为35MPa时,其内壁最大应力为222MPa,安全系数为2.8,满足设计要求。有限元数值模拟为带压作业闸板防喷器的设计提供了参考依据。

闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析

以闸板防喷器胶芯为研究对象,通过试验确定了胶芯的本构关系,建立了闸板防喷器胶芯与钻杆的三维简化模型,对胶芯与钻杆进行了接触分析。研究了4种不同冲击载荷作用下胶芯与钻杆之间的接触应力分布规律,结果表明,在胶芯与钻杆的接触面上出现了一个长条形的应力集中区,对密封起主要作用;冲击压力的不断增加,使得胶芯与钻杆之间的接触面积不断减小是导致胶芯密封失效的原因,并将该分析结果与油田现场胶芯密封钻杆的实际情况进行了比较,发现胶芯损坏的部位均处于胶芯接触应力集中处。

核-壳聚合物研究的进展

本文综述了国外有关核-壳聚合物乳液的理论和应用研究近况,并对这一领域的发展进行了展望。