基于SolidWorks設計洞察圖解進行轉盤支座的優化

2017-03-22 by:CAE仿真在線來源:互聯網

帶壓作業是在保持井筒內一定壓力,不壓井、不放壓的情況下進行起下管柱,實施增產措施的一種先進的井下作業技術,能夠減輕對產層的污染,最大限度地保護原始地層,改善作業環境,同時給油田中后期的穩產帶來較大的保障,其獨特的優勢已經得到業界的普遍認可。轉盤支座是帶壓作業裝置中連接舉升油缸和液壓轉盤的部件,承受來自轉盤、游動卡瓦和管柱的重力或上頂力,是帶壓作業裝置的關鍵承力件,所以它的強度尤其重要,直接影響了整體設備的安全性。

1 優化原理及方法

在SolidWorks Simulation 仿真分析的基礎上,設計洞察圖解可以在載荷和約束之間標繪一連續路徑,圖解半透明部分沒有實體部分那樣有效承受所應用的載荷,這些半透明區域為追求降低重量設計而可完全移除,而實體區域為了增加強度則可以適當加強。

2 轉盤支座安裝示意圖

轉盤支座與舉升油缸和液壓轉盤連接示意圖如下:

基于SolidWorks設計洞察圖解進行轉盤支座的優化solidworks simulation分析圖片1

轉盤支座底板四個錐孔與四個舉升油缸的活塞桿連接,轉盤放在頂板上,用螺栓連接。轉盤上部裝有游動卡瓦,而卡瓦夾緊管柱,承受管柱重量,最終作用在轉盤支座上。

3 仿真分析及優化

3.1 對初始方案進行仿真分析

此處假設管柱及轉盤卡瓦等總重100T,將轉盤支座初始方案輸入SolidWorks Simulation,建立有限元模型,施加載荷100T,運行仿真分析,得出以下結果:

基于SolidWorks設計洞察圖解進行轉盤支座的優化solidworks simulation分析圖片2

轉盤支座初始方案的重量為791.845kg,可以看出最大應力為200.2Mpa,安全系數為610/200.2=3.05>3,符合標準要求。

3.2 根據設計洞察圖解進行改進

基于SolidWorks設計洞察圖解進行轉盤支座的優化solidworks simulation分析案例圖片3

定義設計洞察圖解,壓縮體積設定為20%,可以看出載荷主要作用在底板錐孔處和筋板上,應對這些區域進行加強;而頂板和底板部分區域為半透明,這些區域相對于藍色區域承受的載荷較小,將其移除后,對整體強度的影響不會很大。

將八個長筋板厚度增加5mm,底板半透明區域根據情況移除一部分,因頂板和底板錐孔處涉及轉盤和油缸的安裝,不便更改,暫時不做優化。

3.3 對改進方案進行仿真分析

對改進方案進行仿真分析,得出以下結果:

基于SolidWorks設計洞察圖解進行轉盤支座的優化solidworks simulation分析案例圖片4

轉盤支座改進方案重量為625.724kg,可以看出最大應力為186.6MPa,安全系數為610/186.6=3.27>3。相對于初始方案,重量減少了20.98%,最大應力減少了6.8%。

4 結語

本文在SolidWorks Simulation 仿真分析的基礎上,用設計洞察圖解對模型有效受力情況進行了分析,改進了轉盤支座的結構,在滿足標準要求的最小設計安全系數的基礎上,轉盤支座的重量減少了20.98%,最大應力減少了6.8%。同理,這種方法也可以應用在帶壓作業裝置其他部件的優化設計上。由此可見,基于SolidWorksSimulation 設計洞察圖解的優化設計可以有效地降低生產成本,提高產品的安全性,對帶壓作業這一新技術的推廣應用具有重要意義。

需要注意的是,轉盤支座在實際工作中有受下壓力、受上頂力、受下壓力及扭矩、受上頂力及扭矩四種工況,優化設計時應對每種工況進行分析,只能對四種工況設計洞察圖解共有的半透明區域進行減重,本文受于篇幅所限不做過多贅述。

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