[發明專利]連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法

有效

• 申請號: 201711393651.1
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108038323B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 崔巍;張強;徐曄;蔣豹;朱昱;王健成;王珂;劉昱良
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，采用有限元動力學分析方法確定纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷，包括以下步驟：

步驟一、設置連續抽油桿井底無量綱壓力η_C的初值和阻尼比ξ的初值；

步驟二、設置連續抽油桿上端的懸掛拉力函數F_H(t)，連續抽油桿重力函數F_g(t)，連續抽油桿中部的橫向擾動力函數F_p(t)和井底擾動力偶矩函數M_p(t)；

步驟三、根據連續抽油桿非線性瞬態動力學方程將步驟二的F_H(t)、F_g(t)、F_p(t)和M_p(t)加載給外載荷F(t)；設置連續抽油桿n個固有周期的計算時間，進行有限元計算；

其中，M為質量矩陣；ω為模態阻尼比；u為各時刻對應的位移，為u的導數，即連續抽油桿各時刻的速度；為的導數，即連續抽油桿各時刻的加速度；

步驟四、計算結束后，判斷連續抽油桿各位置處的撓度在計算時間范圍內是否保持不變；

如果撓度隨時間變化，表明撓度在計算時間范圍內不穩定，減小阻尼比ξ，返回步驟三重新進行載荷函數加載并進行有限元計算，直到連續抽油桿各位置處的撓度在計算時間范圍內保持不變為止；

步驟五、判斷連續抽油桿的撓曲線是否已形成螺旋；

如果沒有形成螺旋，將井底無量綱壓力η_C數值增大0.01，返回步驟二重新設置懸掛拉力函數F_H(t)，按照步驟三重新進行有限元計算，按照步驟四重新判斷撓度在計算時間范圍內是否保持不變；

如果連續抽油桿的撓曲線已形成螺旋，結束計算；對應的井底壓力即為連續抽油桿正弦屈曲向螺旋屈曲轉變的最小臨界載荷；EI是抗彎剛度；q是連續抽油桿的均布載荷。

2.根據權利要求1所述的纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，步驟二設置的載荷函數如下：

連續抽油桿上端的懸掛拉力函數F_H(t)，連續抽油桿重力函數F_g(t)分別為

式(1)和式(2)中：η_L為連續抽油桿的無量綱總長度；EI是抗彎剛度；m是連續抽油桿的總質量；g是重力加速度；q是連續抽油桿的均布載荷；t是計算時間；T是連續抽油桿的固有周期；

設置的橫向擾動力函數和井底擾動力偶矩函數分別為

式(3)和式(4)中：F_p0為在連續抽油桿受壓段施加的單位橫向擾動力，M_p0為井底施加單位擾動力偶矩。

3.根據權利要求2所述的纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，所述的連續抽油桿的無量綱總長度L是連續抽油桿長度。

4.根據權利要求3所述的纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，所述的連續抽油桿的均布載荷q＝mg/L。

5.根據權利要求4所述的纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，步驟三中所述的n為6，即設置連續抽油桿6個固有周期的計算時間。

6.根據權利要求5所述的纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，步驟一中所述的連續抽油桿井底無量綱壓力η_C的初值為1.8，阻尼比ξ的初值為20.0。

7.根據權利要求1至6之一所述的纖維增強復合材料連續抽油桿螺旋屈曲最小臨界載荷的確定方法，其特征在于，所述的井底無量綱壓力為η_C＝4.11。