Особливості дослідження різьбових з’єднань за допомогою методу кінцевих елементів

Анотація

Для різноманітних інженерних розрахунків, досліджень та розроблення елементів обладнання сьогодні існує значна кількість комп’ютерних програм. Широкого розповсюдження для виконання таких робіт отримала програма SolidWorks, яка дає змогу мінімізувати час, полегшити виконання необхідних робіт, а також аналізувати міцність, жорсткість, стійкість та витривалість виробів широкого спектру складності та призначення. У програмі використано метод скінченних елементів, який має як ряд переваг, так і певні недоліки.

Для дослідження можливостей такої програми побудовано збірну модель різьбового з’єднання насосних штанг. Проблемним під час моделювання в середовищі SolidWorks Simulation залишається імітація моменту згвинчування для різьбових з’єднань. Існує декілька способів імітування моменту згвинчування під час дослідження напружено-деформованого стану різьбових з’єднань. Для розв’язання задач в осесиметричній постановці, оптимальним є  метод перекриття торців ніпеля та муфти на необхідну величину. Щодо використання самої осесиметричної моделі, то у процесі імітаційного моделювання вона не погіршує отриманих результатів порівняно із 3D моделями. Натомість пришвидшує процес розрахунку, дає змогу побудови дрібнішої сітки кінцевих елементів та отримання точніших результатів.

У роботі наведено алгоритм розрахунку величини натягу різьбових з’єднань насосних штанг, який може бути застосований і до різьбових з’єднань елементів бурильних колон з деякими коректуваннями. Відмінність буде тільки у формулі визначення моменту згвинчування, з якої виводять значення сили попереднього затягнення та площ небезпечних перерізів. Також у роботі проведено імітаційне дослідження за допомогою вибраного методу на прикладі різьбового з’єднання насосних штанг діаметром 19мм. Отримано епюру переміщень та розподілу еквівалентних напружень у різьбовому з’єднанні та показано можливість визначення конкретних параметрів у певних точках досліджуваної моделі із наступною автоматизованою побудовою їх графічних залежностей.