基于有限元分析和田口方法的熱矯直參數優化

尹浩

【摘 要】基于有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA，建立了V150油套管熱矯直的三維有限元模型，根據田口方法對熱矯直參數進行了優化設計，采用信噪比評估了平直度的品質特性。結果表明：壓扁量與傾斜角為不重要因子，壓彎量為重要因子，最優參數組合為壓彎量45mm，壓扁量4.0mm，傾斜角31°，有效地實現了矯直參數的優化。

【關鍵詞】熱矯直 田口方法 壓扁量

隨著石油工業的發展，開采環境趨向惡劣化，對油套管的性能要求越來越高 [1]。油套管經軋制后，采用熱矯直來消除或減小形狀誤差。通過實驗進行參數優化及其困難，采用有限元模擬可以解決這個問題[2]。本文利用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA動態模擬了V150油套管熱矯直過程，結合田口方法探索出了最優熱矯直參數組合，為高性能油套管生產提供參考依據。

1 有限元模型

1.1 材料屬性

V150油套管規格為φ177.8 mm×12.65 mm，全長為11.2 m，材料參數見表1。

1.2 網格劃分

采用映射方法劃分網格，徑向分為5層，環向分為60層，軸向網格采用15 mm和30 mm混合劃分，而矯直輥尺寸劃分為20 mm。

1.3 接觸條件

以矯直管為接觸從面，矯直輥為目標主面，采用自動面-面接觸，打開SMOOTH選項進行光滑處理。矯直速率為650 mm/s，摩擦系數為0.20。

3 結語

（1）矯直參數中，壓彎量為重要因子，壓扁量與傾斜角為不重要因子。（2）最優矯直參數組合為壓彎量45mm，壓扁量4.0mm，傾斜角31°，矯直后，油套管平直度得到有效改善，管端≤1/1000mm，管體≤1/1500mm，實現了矯直參數的優化。

參考文獻：

[1]馬開華，劉修善.深井超深井鉆井新技術[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]李連進，沈淑君.數值仿真技術在石油套管制造中應用的展望[J].天津冶金，2004，（6）： 35-37.