ПРИМЕНЕНИЕ SOLIDWORKS SIMULATION ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Деталь «Переходник головки трубной» входит в состав фонтанной арматуры. При разработке арматуры фонтанной и ее составляющих сборочных единиц возникают проблемы, связанные с различными эксплуатационными характеристиками, зависящие от различных добывающих скважин. Корпусные детали зачастую имеют места, подвергающиеся наибольшим воздействием нагрузок, давлений, напряжений. Вследствие чего необходимо проводить различные виды испытаний, чтобы выявить пригодность изделий к эксплуатации. Зачастую невозможно провести все виды испытаний на одном предприятии из-за количества и цены оборудования, что приводить к увеличению затрат на производство и невозможности быстро и качественно улучить конструкцию изделия.

Внедрение SolidWorks в производство позволит ускорить решение многих задач: уменьшить стоимость разработки за счет проведения испытания модели на компьютере вместо дорогостоящих эксплуатационных испытаний, сократить время, необходимое для представления продуктов на рынок, путем уменьшения количества циклов разработки изделия, улучшить изделия посредством быстрой проверки сразу большого количества концепций и сценариев перед принятием окончательного решения, тем самым предоставляя дополнительное время на обдумывание новых конструкций.

Использование SolidWorks на основе метода конечных элементов позволяет решать задачи различной физической природы, а его простая компьютерная реализация позволяет использование этого метода без специальной квалификации сотрудников.

Данный расчет выполнен с целью определить устойчивость данной детали к деформации и разрушениям при работе на скважине под давлением 150 МПа.

Расчет проведен в программе SolidWorks с использованием модуля Simulation. Анализ Статический.

Статический анализ в SolidWorks — это инструмент, который позволяет проверить прочность и устойчивость конструкции под действием различных нагрузок.

Для расчета необходимо:

- Построить твердотельную модель 3D модель;

- Задать необходимый материал;

- Задать граничные условия;

- Задать приложенные нагрузки к детали;

- Разбить деталь на конечные элементы;

- Выбрать параметры расчета;

- Предоставить результаты расчета.

Для применения Статического анализа была разработана 3D модель детали «Переходник головки трубной» и задан материал 30ХМА (рисунок 1).

Рисунок 1. Моделирование 3D модели

Далее деталь разбили на сетку конечных элементов (рисунок 2) [5].

Рисунок 2. Разбиение 3D модели на КЭ

После чего выбрали результаты прочностного расчета (статический анализ, напряжения) и отобразили график результатов (рисунок 3).

Рисунок 3. График результатов

Эпюра напряжения — это график, который показывает распределение напряжений в конструкции. С помощью эпюры определить наиболее нагруженные и слабые участки детали, которые могут в ходе эксплуатации привести к ее разрушению или деформации.

Согласно пункту 4.3.3.2 спецификации 6A API допускаемые напряжения должны ограничиваться следующими критериями:

       S_Т = 5 (S_у /6) и S_m = 2 (S_у /3)                                                                         (1)

Где:

S_m – расчетная величина напряжений при номинальном рабочем давлении.

S_Т – наибольшая допустимая общая величина напряжения на первичной мембране при давлении гидростатического испытания.

S_у – минимальный допускаемый предел текучести материала.

S_m = 2 (517 /3) = 344 МПа – расчетная величина напряжений при номинальном рабочем давлении.

S_Т = 5 (517 / 6) = 430 МПа - наибольшая допустимая общая величина напряжения для данной детали.

Таким образом можно сделать вывод, что деталь «Переходник головки трубной» спокойно может работать при давлении 150 МПа. Применение детали на скважине допустимо.