Мультиагентна система автоматизованого проєктування різьбових з'єднань насосних штанг
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9965-2025-2(59)-101-114Ключові слова:
різьбове з'єднання, автоматизоване проектування, мультиагентна система, оптимізаціяАнотація
Різьбові з'єднання насосних штанах використовується під час видобування нафти свердловинними штанговими насосними установками та призначені для з'єднання штанг в одну колону. Під час експлуатації різьбових з'єднань насосних штанг виникає чимало проблем, пов'язаних із циклічними навантаженнями та високою концентрацією напружень в різьбовому з'єднанні, що призводить до втомних тріщин, поломок та обриву колони. На міцність з'єднань впливає чимало конструкційних факторів, дослідити які можна методом скінченних елементів. Показано принципи розроблення та використання мультиагентної системи для автоматизованого проєктування різьбових з'єднань насосних штанг. Для створення модулів автоматизації побудови геометричної та осесиметричної скінченно-елементної моделей різьбового з'єднання використано
вільне програмне забезпечення Calculix, Gmsh і Python-пакети Cadquery та Pycalculix. Ці пакети значно спрощують побудову параметричних скінченно-елементних моделей, які придатні до повністю автоматизованої оптимізації конструкції за критеріями напружень і деформацій. З використанням цих модулів та моделі акторів для паралельних обчислень на основі Python-пакету Ray удосконалено мультиагентну систему для параметричної оптимізації конструкції різьбового з'єднання за критерієм мінімальних еквівалентних напружень. Система містить агенти з протилежними оптимізаційними правилами (реалізовано сітковий та стохастичний методи), що дозволяє ефективно шукати мінімуми в багатовимірних просторах. Існує також можливість простого створення агентів з іншими правилами та пошуку їхніх ефективних поєднань. З використанням цієї системи досліджено напружено-деформований стан різьбового з'єднання ШН19 в аварійних умовах відсутності попереднього затягування, що трапляється у разі самовідгвинчування з'єднання, та досліджено вплив радіуса зарізьбової канавки та зовнішнього діаметра муфти на еквівалентні напруження. Код розробленої системи автоматизованого проєктування опубліковано на GitHub під вільною ліцензією GPL-3.0.
Завантаження
Посилання
1. ChampionX Artificial Lift. (n.d.). Sucker rod failure analysis. Norris Rods. https://www.championx.com/contents/NOR_Sucker%20Rod%20Failure%20Analysis_BR_0322.pdf
2. Kopei, V. B., & Kopei, B. V. (2021). Design and strength of sucker rod strings and connections made of polymer composites: Monograph (B. V. Kopei, Ed.; Vol. 12). IFNTUNG. [in Ukrainian]
3. Fukuoka, T. (2022). The mechanics of threaded fasteners and bolted joints for engineering and design. Elsevier.
4. Moysyshyn, V. M., & Sirenko, V. V. (2010). Casing pipes and their connections: assortment analysis, assessment of stress-strain state. Scientific Bulletin of IFNTUNG, (1), 57–66. https://nv.nung.edu.ua/index.php/nv/article/view/56 [in Ukrainian]
5. Kopey, B. V., Maksymuk, A. V., & Shcherbyna, N. N. (2000). Analysis of contact stresses in structural joints of composite shell with steel banding. Mechanics of Composite Materials, 36(1), 67–74. https://doi.org/10.1007/BF02681779
6. Shatskyi, I., Ropyak, L., & Velychkovych, A. (2020). Model of contact interaction in threaded joint equipped with spring-loaded collet. Engineering Solid Mechanics, (8), 301–312. https://doi.org/10.5267/j.esm.2020.4.002
7. Medvid, I., Onysko, O., Pituley, L., Odosii, Z., & Kornuta, O. (2024). The influence of the geometry of high-performance cutters on the profile accuracy of large-pitch tapered threads: Theoretical study. In Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII. DSMIE 2024 (Lecture Notes in Mechanical Engineering). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61797-3_25
8. Balytskyi, O. I., Kolesnikov, V. O., & Eliasz, J. (2013). Study of the wear resistance of high-nitrogen steels under dry sliding friction. Materials Science, (48), 642–646. https://doi.org/10.1007/s11003-013-9549-7
9. Hoffman, E. L. (1997). Finite element analysis of sucker rod couplings with guidelines for improving fatigue life (Sandia Report). Sandia National Laboratories. https://doi.org/10.2172/537261
10. Mykhailiuk, V. V. (2010). Development of sucker rod threaded connection with uniform distribution of forces between the threads. Scientific Bulletin of IFNTUNG, (4), 61–65. https://nv.nung.edu.ua/index.php/nv/article/view/460 [in Ukrainian]
11. Mykhailiuk, V. V., Yurvch, A. R., Deineha, R. O., Kravchuk, R. S., Pinchak, R. A., & Kharlamov, B. V. (2018). Improvement and research of sucker rod threaded connection. Scientific Bulletin of IFNTUNG, (1), 81–88. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2018-1(44)-81-88 [in Ukrainian]
12. Zhu, X., & Zhi, Z. (2017). Design of an ultra-high torque double shoulder drill-pipe tool joint for extended reach wells. Natural Gas Industry B, 4(5), 374–381. https://doi.org/10.1016/j.ngib.2017.10.002
13. Kopei, V. B., Onysko, O. R., & Zhyhuts, Y. Y. (2019). Substantiation of the use of double-shoulder threaded connections of hollow sucker rods. Scientific Bulletin of IFNTUNG, (1), 7–15. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2019-1(46)-7-15 [in Ukrainian]
14. Kopei, V. B., Onysko, O. R., Panchuk, V. G., Odosii, Z. M., & Kusyi, Y. M. (2023). Increasing the fatigue strength of threaded joints of oil and gas equipment by plastic deformation of the thread under high load before make-up. Journal of Physics: Conference Series, 2540, 012033. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2540/1/012033
15. Dhondt, G. (2004). The finite element method for three-dimensional thermomechanical applications. Wiley. https://doi.org/10.1002/0470021217
16. Geuzaine, C., & Remacle, J. F. (2009). Gmsh: A three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 79(11), 1309–1331. https://doi.org/10.1002/nme.2579
17. Black, J. (2025). Pycalculix. GitHub. https://github.com/spacether/pycalculix
18. Open CASCADE Technology. (2025). Collaborative development portal. https://dev.opencascade.org
19. CadQuery contributors. (2025). CadQuery (v2.6.1) [Software]. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.14590990
20. Wikipedia. (2025). Metaheuristic. https://en.wikipedia.org/wiki/Metaheuristic
21. Wooldridge, M., & Jennings, N. R. (1995). Intelligent agents: Theory and practice. The Knowledge Engineering Review, 10(2), 115–152. https://doi.org/10.1017/S0269888900008122
22. Kopei, V., Onysko, O., Barz, C., Dašić, P., & Panchuk, V. (2023). Designing a multi-agent PLM system for threaded connections using the principle of isomorphism of regularities of complex systems. Machines, 11(2), 263. https://doi.org/10.3390/machines11020263
23. Moritz, P., Nishihara, R., Wang, S., Tumanov, A., Liaw, R., Liang, E., Elibol, M., Yang, Z., Paul, W., Jordan, M. I., et al. (2018). Ray: A distributed framework for emerging AI applications. Proceedings of the 13th USENIX Symposium on Operating Systems Design and Implementation (OSDI ’18), 561–577. https://www.usenix.org/conference/osdi18/presentation/moritz
24. Kopei, V., & Protsiv, O. (2025). ThreadMAS. GitHub. https://github.com/vkopey/ThreadMAS
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторські права....
1.png)
