基于有限元分析和田口方法的热矫直参数优化

尹浩

【摘 要】基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，建立了V150油套管热矫直的三维有限元模型，根据田口方法对热矫直参数进行了优化设计，采用信噪比评估了平直度的品质特性。结果表明：压扁量与倾斜角为不重要因子，压弯量为重要因子，最优参数组合为压弯量45mm，压扁量4.0mm，倾斜角31°，有效地实现了矫直参数的优化。

【关键词】热矫直 田口方法 压扁量

随着石油工业的发展，开采环境趋向恶劣化，对油套管的性能要求越来越高 [1]。油套管经轧制后，采用热矫直来消除或减小形状误差。通过实验进行参数优化及其困难，采用有限元模拟可以解决这个问题[2]。本文利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA动态模拟了V150油套管热矫直过程，结合田口方法探索出了最优热矫直参数组合，为高性能油套管生产提供参考依据。

1 有限元模型

1.1 材料属性

V150油套管规格为φ177.8 mm×12.65 mm，全长为11.2 m，材料参数见表1。

1.2 网格划分

采用映射方法划分网格，径向分为5层，环向分为60层，轴向网格采用15 mm和30 mm混合划分，而矫直辊尺寸划分为20 mm。

1.3 接触条件

以矫直管为接触从面，矫直辊为目标主面，采用自动面-面接触，打开SMOOTH选项进行光滑处理。矫直速率为650 mm/s，摩擦系数为0.20。

3 结语

（1）矫直参数中，压弯量为重要因子，压扁量与倾斜角为不重要因子。（2）最优矫直参数组合为压弯量45mm，压扁量4.0mm，倾斜角31°，矫直后，油套管平直度得到有效改善，管端≤1/1000mm，管体≤1/1500mm，实现了矫直参数的优化。

参考文献：

[1]马开华，刘修善.深井超深井钻井新技术[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2]李连进，沈淑君.数值仿真技术在石油套管制造中应用的展望[J].天津冶金，2004，（6）： 35-37.