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《大连理工大学》 2014年
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大功率压裂车车架疲劳性能研究

李俊文  
【摘要】:压裂车是目前在国内外石油采集行业被广泛应用的一种石油增产设备。压裂车的车架作为其最为重要的承载部件,其疲劳寿命直接影响压裂车的使用寿命。压裂车在日常作业中经过的路面崎岖、恶劣,由于路面不平造成的颠簸会使压裂车的车架疲劳寿命大幅度降低;另一方面,压裂车在进行压裂作业时,其核心设备压裂泵会对车架施加大幅度、高频率的交变载荷,也会影响其疲劳寿命。本文针对压裂车在这两种工况下的疲劳性能进行研究,计算出车架在行驶、压裂工况下的疲劳寿命和发生疲劳破坏的位置。 解决车架疲劳问题的关键是疲劳载荷谱和疲劳强度理论。本文建立了车架在行驶工况下的道路载荷谱和整车的数学模型。通过对路面功率谱进行采样处理得到了路面不平度随时间变化的历程;通过建立整车的动力学简化模型并在MATLAB中进行求解得到了车架在行驶工况下的载荷谱。在压裂工况下,本文对车架进行受力分析,通过在MATLAB中进行编程得到了车架在压裂工况下的载荷谱。 然后,本文在ANSYS中建立了车架的有限元模型,在不同工况下对车架进行了有限元分析,得到了车架在两种工况下的应力、应变信息。基于有限元分析的结果文件和经过动力学分析得到的车架的载荷谱,本文在疲劳分析软件FE-SAFE中建立了车架在两种工况下的疲劳分析模型。在FE-SAFE中对车架的材料、表面光洁度、疲劳算法进行了定义。通过对疲劳载荷谱进行雨流统计处理并应用疲劳损伤累积理论,最终计算出车架在两种工况下的疲劳寿命。 车架的疲劳性能研究一方面是通过理论计算、另一方面则是通过试验。本文在最后提出了车架的疲劳试验方案。该方案主要分为3部分:第一,通过对压裂车进行道路测试试验,测量并计算出车架在行驶工况下受力位置处的载荷谱,将压裂工况下的载荷谱通过计算进行简化。第二,对测量得到的载荷谱进行强化处理,以保证在不影响精度的情况下减小车架疲劳试验所占据的时间,节约人力、物力。第三,基于处理后的车架在两种工况下的载荷谱,对车架在室内进行台架试验,计算出车架的疲劳寿命。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TE934.2;U469.6

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