夹紧装置的静力学有限元分析

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摘要： 为了能够有效地对地层测试器的夹紧机构进行强度分析，利用有限元技术对其进行了静力学分析。根据夹紧机构的特点进行了简化，建立了有限元模型。计算结果表明夹紧机构满足工作要求，能够安全地工作。

Abstract: In order to have strength analysis for the fastening device of the formation testing machine, the finite element technology was used to have static analysis for it. Simplification of the model was carried out according to the performance of the fastening device, and the finite element model was established. And the results showed that the fastening device satisfied the working required, and would work safely.

关键词： 夹紧机构；有限元分析；静力学分析

Key words: fastening device；finite element analysis；static analysis

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0152-01

0引言

夹紧装置是重要的地层测试器的重要零件之一，它的正常运行与否直接影响到整个钻井中途油层测试器的正常运行，因此，对其进行强度分析是十分必要的。夹紧装置采用30Mn2V制造，材料进行调质处理，加工前进行磁力探伤。因此该零件具有较强的刚度和强度。夹紧装置全长为1303mm，是圆筒状结构，在钻井过程中起到固定作用，使钻井过程能持续平稳的进行。在工作过程中，根据需要要求其突起部分应当有2.5mm的位移量，因此需要对其进行强度计算。

1计算结果

为了使计算简便，因此对模型做出必要的简化，仅取一部分进行分析，对整个的分析结果影响不大，在夹紧装置一端加约束，另一端处于自由状态，在外突面上加均布载荷，由于是寻找位移为2.5mm时所应当加的载荷大小，因此将均布载荷取为变量，使其在一定范围内变化，找出是夹紧装置产生2.5mm位移所对应的载荷值，最后总力的大小可以通过均布载荷乘以受力面积求出。

夹紧装置是由30Mn2V制造的，其物理性质如表1所示。

夹紧装置模型采用UG进行设计，然后将其转化成Parasolid格式，然后导入ANSYS进行求解，最后得出了满足的条件的载荷值。

由于在轴向夹紧装置的位移较小，可以不考虑，主要看径向的变化，根据模型的工作坐标系，应当考察UY、UZ方向的位移量，其结果如图1、图2所示。图1是夹紧装置沿Y轴的位移变化云图，图2是MLD零件沿Z轴的位移变化。两种方向突起部分最大的位移均接近2.5mm，此时均布载荷值为310MPa，虽然该载荷值满足了位移设计要求，但是由于其总的载荷值过大因此产生较大的应力，已经远远超过材料的许用载荷950MPa，因此，该零件将产生永久变形，无法进行现场应用。图3为夹紧装置应力变化云图。

2结论

通过对夹紧装置的静力学分析，得出了零件的强度以及所能承受极限载值，对地层测试器的现场操作，工作中维护以及科学的管理都具有十分重要的理论指导意义。

参考文献：

[1]李亚智，赵美英等.有限元法基础与程序设计.北京:科学出版社，2004：97-99.

[2]徐次达.固体力学有限元法理论、方法及程序.北京：水利水电出版社，1983：45-61.