手机直线：
咨询热线：0571-56211150
DU675大钩是9000 m石油钻机游吊系统最重要的部件之一，在钻井作业中的主要作用为起下钻具、悬持钻柱、下套管；卡钻或遇阻时提拔钻柱，在解卡破阻排除事故时，可能要承受2倍最大钻柱质量的静载荷。传统大钩钩身的应力处理方法是将载荷在钩体承载表面上均匀分布，并将载荷离散后施加。此方法计算量大，且很难反映出大钩钩身真实的受力情况，而钩身是大钩承载的最重要的零件，钩身的使用寿命、强度和可靠性直接决定钻井作业的安全。在钻井作业复杂工况、最大钻柱重力和交变载荷的共同反复作用下，对钩身的综合力学性能、安全可靠性要求极高。
本文利用ANSYS有限元分析软件，直接将最大钩载加载到钩身工作部位，对DU675型大钩钩身的应力进行计算分析，真实反映出钩身的应力分布情况，为大钩的可靠性提供了更为精准的理论校核依据，并用ZU20Ni2CrMo-M铸钢件替换了原来的T-217E材料。材料的屈服强度由原来的655 MPa提高到690 MPa，提高了钩身的综合力学性能，更加有效地提高了大钩的使用寿命和安全可靠性。
建立完整的钩身几何模型，对钩身部分倒角和圆角在建模时作了简化处理。分析计算使用的软件为ANSYS WORKBENCH。根据API标准叫和ASME标准的相关规定，对大钩受力模型进行简化：假设施加在大钩上的载荷恒定，不随时间变化；假设大钩钩身的工况载荷、试验工况载荷分别为6750 kN和13500 kN。为了提高计算结果的精度，在有限元网格划分时，采用软件默认的整体网格自由剖分，Relevance的值选最大值100，这样剖分的网格密度最高；经过计算机网格剖分，钩身的节点数37059个，单元数21678个。
由于大钩钩身是轴对称结构，建立的模型在对称而上不能有位移。在1/2钩身主钩工作部位的对称而上施加对称约束，对钩体圆筒施加垂直方向固定约束，即u=U。
大钩钩身材料采用ZU20Ni2CrMo M的优质合金铸钢。
DU675型大钩主钩受到钻具系统向下的载荷作用，根据ASME珊第2册AD篇校验部分的规定，应分别校核大钩在最大工作工况载荷6750 kN和最大试验工况载荷13500 kN条件下的强度是否满足要求。经有限元分析计算可知，主钩载荷在6750kN和13500 kN条件下分别对应的应力分布。
最大应力发生在钩身主钩的承载部位。主钩载荷6 750 kN时应力集中处VorrMise、等效应力为352. 802 MPa；载荷13 500 kN时应力集中处Von Mise、等效应力为705. 604 MPa，均小于材料的极限强度795 MPa，满足材料强度要求。
采用载荷直接加载在主钩工作部位，并根据API标准和ASME标准的有关要求，建立了DU675大钩钩身承载模型，更精准地模拟实际工况，并在最大试验工况载荷13500kN条件下对其进行强度分析计算。分析结果表明，其最大应力均小于极限强度795 MPa，满足设计强度要求。钩身材料采用ZU20Ni2CrMo M优质铸钢件，材料的屈服强度提高到690 MPa。通过本次设计优化和材料改进，提高了钩身的安全性、可靠性、使用寿命，有效解决了大钩在承受钻具最大交变冲击载荷时对钩身损坏的问题。该方法可推广用于DU450、 DU315DU320、DU225系列大钩游吊系统。
专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司m.vwnkzix.cn，转载请注明出处和相关链接！