要闻：大钩钩身强度有限元分析与设计化2023/2/20 9:53:18

会呼吸的痛

DU675大钩是9000石油钻机游吊系统比较重要的部件之一，在钻井作业中的主要作用为起下钻具、悬持钻柱、下套管；卡钻或遇阻时提拔钻柱，在解卡破阻排除事故时，可能要承受2倍比较大钻柱质量的静载荷。传统大钩钩身的应力处理方法是将载荷在钩体承载表面上均匀分布，并将载荷离散后施加。此方法计算量大，且很难反映出大钩钩身真的受力情况，而钩身是大钩承载的比较重要的零件，钩身的使用寿命、强度和可靠性直接决定钻井作业的安全。在钻井作业复杂工况、比较大钻柱重力和交变载荷的共同反复作用下，对钩身的综合力学性能、安全可靠性要求极高。有限元分析的相关问题可以到网站了解下，我们是业内领域专业的平台，您如果有需要可以咨询，相信可以帮到您，值得您的信赖！

本文利用ANSYS有限元分析软件，直接将比较大钩载加载到钩身工作部位，对DU675型大钩钩身的应力进行计算分析，真反映出钩身的应力分布情况，为大钩的可靠性提供了更为精准的理论校核依据，并用ZU20N2CM-M铸钢件替换了原来的T-217E材料。材料的屈服强度由原来的655MP提高到690MP，提高了钩身的综合力学性能，更加有效地提高了大钩的使用寿命和安全可靠性。


建立完整的钩身几何模型，对钩身部分倒角和圆角在建模时作了简化处理。分析计算使用的软件为ANSYSWORKBENCH。根据API标准叫和ASME标准的相关规定，对大钩受力模型进行简化：假设施加在大钩上的载荷恒定，不随时间变化；假设大钩钩身的工况载荷、试验工况载荷分别为6750N和13500N。为了提高计算结果的精度，在有限元格划分时，采用软件默认的整体格自由剖分，R的值选比较大值100，这样剖分的格密度比较高；经过计算机格剖分，钩身的节点数37059个，单元数21678个。


由于大钩钩身是轴对称结构，建立的模型在对称而上不能有位移。在12钩身主钩工作部位的对称而上施加对称约束，对钩体圆筒施加垂直方向固定约束，即=U。


大钩钩身材料采用ZU20N2CMM的质合金铸钢。


DU675型大钩主钩受到钻具系统向下的载荷作用，根据ASME珊第2册AD篇校验部分的规定，应分别校核大钩在比较大工作工况载荷6750N和比较大试验工况载荷13500N条件下的强度是否满足要求。经有限元分析计算可知，主钩载荷在6750N和13500N条件下分别对应的应力分布。


比较大应力发生在钩身主钩的承载部位。主钩载荷6750N时应力集中处VM、等效应力为352802MP；载荷13500N时应力集中处VM、等效应力为705604MP，均小于材料的极限强度795MP，满足材料强度要求。


采用载荷直接加载在主钩工作部位，并根据API标准和ASME标准的有关要求，建立了DU675大钩钩身承载模型，更精准地模拟际工况，并在比较大试验工况载荷13500N条件下对其进行强度分析计算。分析结果表明，其比较大应力均小于极限强度795MP，满足设计强度要求。钩身材料采用ZU20N2CMM质铸钢件，材料的屈服强度提高到690MP。通过本次设计化和材料改进，提高了钩身的安全性、可靠性、使用寿命，有效解决了大钩在承受钻具比较大交变冲击载荷时对钩身损坏的问题。该方法可推广用于DU450、DU315DU320、DU225系列大钩游吊系统。