采油螺桿泵的仿真與模擬技術(shù)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 3
1.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3
1.2.2 工作原理 4
1.2.3 螺桿泵的特點(diǎn) 6
1.3 螺桿泵的分類(lèi) 6
1.4 螺桿泵的發(fā)展概述 7
1.4.1 國(guó)外發(fā)展 7
1.4.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展 8
1.4.3 研究現(xiàn)狀 10
第2章 螺桿泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 12
2.1 螺桿泵的螺桿型線(xiàn)方程 12
2.1.1 基本概念 12
2.1.2 定轉(zhuǎn)子骨線(xiàn)方程 13
2.1.3 等距線(xiàn)型線(xiàn)方程 15
2.2 螺桿泵運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 16
2.2.1 轉(zhuǎn)子的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn) 16
2.2.2 螺桿轉(zhuǎn)子在定子襯套內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 17
2.2.3 螺桿轉(zhuǎn)子外表面上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)及與襯套嚙合處速度分析 19
2.3 三維模型的建立 20
2.3.1 定子與轉(zhuǎn)子三維模型的建立 20
2.3.2 定子與轉(zhuǎn)子裝配體的建立 21
2.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型的建立 22
2.4.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介 22
2.4.2 SolidWorks Motion概述 22
2.4.3 運(yùn)動(dòng)仿真的實(shí)現(xiàn) 23
2.5 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果分析 24
2.5.1 轉(zhuǎn)子固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特性分析 24
2.5.2 運(yùn)動(dòng)軌跡分析 24
2.5.3 運(yùn)動(dòng)速度和加速度分析 24
2.6 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)特性的影響 27
第3章 高溫稠油中橡膠單軸拉伸試驗(yàn) 29
3.1 橡膠材料特性 29
3.1.1 定子橡膠材料性能 29
3.1.2 橡膠摩擦磨損特性 29
3.2 單軸拉伸試驗(yàn) 30
3.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?30
3.2.2 試驗(yàn)材料及設(shè)備 30
3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 31
3.3.1 耐疲勞破壞性能變化規(guī)律 31
3.3.2 應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)變化規(guī)律 32
3.3.3 彈性模量變化規(guī)律 33
3.4 橡膠本構(gòu)模型的確定 34
3.4.1 橡膠的本構(gòu)關(guān)系理論 34
3.4.2 定子橡膠的本構(gòu)模型 35
3.4.3 本構(gòu)模型常數(shù)的確定 36
第4章 螺桿泵定轉(zhuǎn)子摩擦磨損試驗(yàn) 39
4.1 橡膠磨損理論概述 39
4.2 非線(xiàn)性理論 40
4.2.1 材料非線(xiàn)性 40
4.2.2 幾何非線(xiàn)性 40
4.2.3 接觸非線(xiàn)性 42
4.3 摩擦磨損試驗(yàn) 43
4.3.1 試驗(yàn)?zāi)康?43
4.3.2 試驗(yàn)設(shè)備 43
4.3.3 試驗(yàn)介質(zhì)及試件 46
4.3.4 試驗(yàn)流程 47
4.4 試驗(yàn)結(jié)果分析 49
4.4.1 轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦因數(shù)的影響 49
4.4.2 載荷對(duì)摩擦因數(shù)的影響 49
4.4.3 含砂量對(duì)摩擦因數(shù)以及磨損量的影響 50
4.4.4 橡膠磨損表面形貌分析 51
4.5 磨損機(jī)理分析 52
第5章 螺桿泵定子襯套有限元模型 53
5.1 有限元法及ANSYS分析軟件簡(jiǎn)介 53
5.1.1 有限元法 53
5.1.2 ANSYS有限元分析軟件 55
5.2 有限元計(jì)算模型的構(gòu)建 56
5.2.1 兩種壁厚的螺桿泵定子 56
5.2.2 有限元計(jì)算模型 57
5.2.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證 60
5.3 初始裝配時(shí)的密封性能分析 61
第6章 螺桿泵定子襯套磨損分析 62
6.1 常規(guī)厚螺桿泵的接觸分析 62
6.1.1 常規(guī)厚螺桿泵模型 62
6.1.2 摩擦因數(shù)和過(guò)盈量對(duì)定子襯套磨損的影響 63
6.1.3 工作壓差對(duì)定子襯套磨損的影響 64
6.2 等壁厚螺桿泵的接觸分析 65
6.2.1 等壁厚螺桿泵模型 65
6.2.2 過(guò)盈量對(duì)定子襯套磨損的影響 66
6.2.3 摩擦因數(shù)對(duì)定子襯套磨損的影響 67
第7章 螺桿泵定子襯套力學(xué)性能分析 69
7.1 均勻內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定性分析 69
7.1.1 襯套穩(wěn)定性能分析 69
7.1.2 壓力對(duì)襯套穩(wěn)定性能的影響 72
7.1.3 溫度對(duì)襯套穩(wěn)定性能的影響 73
7.2 非均勻內(nèi)壓作用下的接觸分析 74
7.2.1 襯套接觸情況分析 74
7.2.2 摩擦因數(shù)和過(guò)盈量對(duì)接觸的影響 76
7.2.3 工作壓力對(duì)接觸的影響 78
7.3 熱源作用下的熱膨脹分析 78
7.3.1 單一熱源作用 79
7.3.2 聯(lián)合熱源作用 80
第8章 定子襯套生熱過(guò)程及熱積聚效應(yīng)試驗(yàn) 82
8.1 試驗(yàn)內(nèi)容及目的 82
8.1.1 試驗(yàn)內(nèi)容 82
8.1.2 試驗(yàn)?zāi)康?82
8.2 試驗(yàn)設(shè)備及材料 82
8.3 試驗(yàn)過(guò)程 84
8.4 試驗(yàn)結(jié)果 86
8.4.1 生熱過(guò)程及熱積聚效應(yīng) 86
8.4.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)定子襯套溫升影響規(guī)律 88
第9章 螺桿泵熱力耦合場(chǎng)分析 90
9.1 熱力耦合場(chǎng)分析的數(shù)學(xué)模型 90
9.1.1 熱源分析 90
9.1.2 滯后生熱有限元分析法 91
9.1.3 襯套生熱數(shù)學(xué)模型 91
9.1.4 溫度場(chǎng)有限元分析 92
9.2 均勻溫度場(chǎng)下襯套溫度應(yīng)力應(yīng)變分析 93
9.2.1 常規(guī)定子襯套二維和三維求解結(jié)果對(duì)比分析 93
9.2.2 兩種類(lèi)型的定子襯套熱力耦合求解結(jié)果 94
9.3 非均勻溫度場(chǎng)下襯套溫度應(yīng)力應(yīng)變分析 96
9.3.1 轉(zhuǎn)速對(duì)定子襯套熱力耦合場(chǎng)的影響 97
9.3.2 過(guò)盈量對(duì)定子襯套熱力耦合場(chǎng)的影響 99
9.3.3 摩擦因數(shù)對(duì)定子襯套熱力耦合場(chǎng)的影響 100
9.3.4 邵氏硬度對(duì)定子襯套熱力耦合場(chǎng)的影響 101
9.3.5 橡膠泊松比對(duì)定子襯套熱力耦合場(chǎng)的影響 103
9.3.6 工作壓差對(duì)定子襯套熱力耦合場(chǎng)的影響 104
9.4 試驗(yàn)仿真對(duì)比 105
第10章 結(jié)論 106
參考文獻(xiàn) 109