在简单介绍现有的投球滑套式压裂工具所受限制的基础上,给出了解决办法——采用可变径球座代替原有的固定球座,并介绍了工作原理。同时,结合设计出来的可变径球座建立了物理模型以及力学模型,再利用ANSYS软件的求解功能对模型进行了求解。通过对模型的应力分析,确定了可变径球座的可靠性与安全性,从而在理论上验证了利用可变径球座代替原有的固定球座的可行性。

固井是油水井生产之前的一项重要工序,固井质量的好坏对井的使用寿命有着直接的影响。建立了水泥环缺少30°、60°、90°等角度的井筒平面应变有限元模型,并对固井水泥环缺陷引起的套管应力变化进行了仿真模拟分析,进而明确了水泥环缺陷程度与套管承载能力的关系。

利用有限元软件ABAQUS建立了摆动液压油缸O形旋转密封圈的二维轴对称模型,分析计算了旋转轴直径、O形圈截面直径、O形圈内圆周向压缩率等结构参数对密封面最大接触压力和范米塞斯(Von Mises)应力的影响。结果表明介质压力为0时,旋转轴直径、O形圈截面直径对范米塞斯(Von Mises)应力和密封面最大接触压力影响较大;O形圈内圆周向压缩率对Von Mises应力影响较大;在介质压力下,旋转轴直径、O形圈截面直径分别对Von Mises应力及最大接触压力的影响都不大,O形圈内圆周向压缩率主要是为了避免橡胶的焦耳效应;分析结果验证了长期使用的设计经验。

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、VOn Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大VOn Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明O形圈密封最大VOn Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.

建立了O形圈密封结构的分析模型,研究了安装于不同密封沟槽中O形圈的接触应力及VOn Mises应力与密封流体压力之间的关系,确定了不同密封沟槽形式应用的合适范围,为同类密封结构设计提供了一定参考.

针对组合密封圈失效问题,采用有限元方法分析了不同的材料参数(弹性模量、碳纤维含量、泊松比)以及不同的结构参数(沟槽宽度、沟槽数目、沟槽间隔宽度)条件对密封圈动密封的特性影响。结果表明:预压缩后最大应力位于滑环与O圈接触中间部位,最大接触压力位于滑环内圆左侧;施加流体压力后最大应力位于滑环与O圈接触右侧部位和滑环与O圈接触中间部位,最大接触压力位于滑环内圆中间部位;动密封状态,左、右行程最大接触压力和最大应力的大小及位置基本相同;不同的结构参数和材料参数均会对其动密封特性产生一定的影响。

为研究H形密封圈在液压缸活塞密封中的力学性能,建立H形密封装置模型,利用ANSYS软件分析安装阶段、空载阶段和加载阶段的应力变化,并对结构进一步优化,进行对比分析。结果表明:最大应力值随着装载而右移;Von mises应力最大值随着压缩率增大而增大,均处于与缸壁接触处;Von mises应力随着流体压力增大而增大,且密封圈中部会向上突出;优化后能有效减小应力对结构的破坏。

阀体是液压/弹簧蓄能驱动安全阀的重要组成部件,阀体在关闭状态下的受力与变形直接影响平板阀的寿命和工作效率。采用COMSOL软件对安全阀阀体部件在工作压力下的受力与变形进行了有限元分析。模拟结果显示了阀体的应力分布情况,最大应力位于O形圈的凹槽内,通过改变凹槽的截面形状,可以降低最大应力值。通过模拟结果发现最大变形量为0.15 mm,位于中间与阀板相连位置;采用肋板和环形加强筋结构的阀体,其最大应力为343 MPa,最大变形量为0.11mm。

基于三重非线性理论,运用ANSYS Workbench软件,研究O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响。在沟槽底角a分别取80°、90°和100°的条件下,仿真分析了介质压力和摩擦系数变化时O形圈的VonMises应力和接触压力分布情况,以此为O形圈密封性能的判定依据。结果表明,在一定的初始压缩率(ε=15%)和摩擦系数(f=0.1)条件下,沟槽底角不同时O形密封圈的最大Von Mises应力和最大接触压力都随着介质压力的升高而增大,其中a=80°和a=100°时的Von Mises应力变化基本相同,且始终大于a=90°时的对应值;与其他两种沟槽底角相比,a=100°时O形圈主密封面上的最大接触压力较大,密封性能更好;在一定介质压力下,沟槽底角不同时O形密封圈在3个密封面上的最大接触压力都随着摩擦系数的增大而先降后升,但始终大于介质压力,从而可以确保其密封性能良好。

密封沟槽口处倒角可避免O形圈安装和使用过程中被锐边划伤，但沟槽口倒角半径的选择多半依据经验，实际使用中发现密 该倒角半径对密封性能有重要影响。该文选取GB/T3452.1-2005下181.8的O形密封圈，在其他参数不变的情况下，利用ABAQUS有 限元软件分析了介质压力从2.5~16MPa变化时密封沟槽口倒角半径对O形密封圈内部Von Mises应力和接触压力的影响。分析表明， 倒角半径r从0.1mm变化到0.5mm，在介质压力较小时，该倒角对密封性能影响不明显；而在高介质压力下，最大Von Mises应力增加 43%左右，挤入密封间隙的量明显增加，且最大接触压力点向沟槽槽口移动，对密封性能有影响明显。