深井和大位移井石油钻杆与套管的接触力分析及Eshelby理论在断裂问题中的应用

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本篇论文包括两大部分:深井和大位移井中石油钻杆与套管接触力计算及其分析及Eshelby等效夹杂理论在断裂问题中的一些应用。 第一部分对深井和大位移延伸井石油钻杆和套管间接触力进行分析,推导了等截面柔索模型在直倾斜段、弯曲段、侧弯段和复合弯曲情况下,以及变截面接头模型中的接触力和摩擦力矩的计算方法。依据所推导出的基本方程,运用等截面柔索法和变截面有限单元法,分别对大位移井和深井算例进行了分析计算。结果表明:在两种算法中,计算所得的钻杆总拉力和总的摩擦力矩几乎相同,而摩擦力的分布却有很大的不同,在弯曲段上,后者所得的正压力远远大于前者,因此磨损主要发生在接头处。利用本文导出的钻杆接头处接触力计算方法,为钻杆接头磨损预测与发展减磨技术提供理论依据。 第二部分首先基于Eshelby等效夹杂理论分析Ⅰ型裂纹前端夹杂内的拉应力。利用夹杂的临界断裂应力可以推导出材料的断裂韧性的表达式。所得出的结果与有限元方法、实验的结果吻合非常好。然后利用Eshelby等效夹杂理论将裂尖区域内塑性变形的二相粒子处理为等效相变夹杂,得到裂尖塑性变形区对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响的计算公式。
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