一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，首先采用流固耦合的仿真分析方法模拟压裂泵头的实际工作状态，得到近工况条件下泵头内腔的最大应力值，并以最大应力值为加载条件，对压裂泵头内腔相贯线区域进行静力仿真分析，得到压裂泵头内腔相贯线区域的应力分布梯度和最大应力水平；其次通过应力分布梯度和最大应力水平确定第1级~第n级应力水平，第1级~第n级应力水平分布的位置参数和第1级~第n级应力水平分布位置参数的覆盖范围；最后根据实际压裂泵头相贯线区域疲劳裂纹的宽度判断疲劳开裂位置处于第x级应力水平位置参数的覆盖范围，以第x+2级、第x+1级、第x级应力水平位置参数的覆盖范围为强化区域逐级对压裂泵头相贯线区域进行激光冲击强化加工，从而延长压裂泵头的使用寿命，提高油气开采作业的工作效率。业的工作效率。业的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法


[0001]本专利技术属于激光冲击强化
，具体涉及一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法。

技术介绍

[0002]压裂泵是实施压裂作业的关键部件，而泵头体作为压裂泵液力端重要零部件，其相贯线区域的疲劳开裂问题一直是影响压裂作业效率的关键因素。通过激光冲击强化对压裂泵头内腔相贯线区域进行强化加工，可以延长压裂泵头的服役寿命，提高压裂作业的工作效率。因此，如何根据相贯线区域的疲劳失效形式确定强化区域尺寸成为了阻碍压裂泵头激光冲击强化抗疲劳技术实施的关键问题。
[0003]目前，还没有任何文献和专利公开如何将激光冲击强化技术应用于压裂泵头的抗疲劳延寿加工，也没有公开在压裂泵头相贯线区域实施激光冲击强化时加工区域的确定方法，如果按照经验进行加工，容易因为单一区域的一次或多次强化而引起强化效果不足和强化成本过高的问题；鉴于此，如何提出一种压裂泵头激光冲击强化区域的确定方法成为了本领域技术人员亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法。
[0005]为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：通过有限元仿真软件分别建立压裂泵头和泵头内腔流体的有限元模型，采用流固耦合仿真分析方法模拟压裂泵头的实际工况，获得近工况条件下压裂泵头内腔的应力分布，得到压裂泵头内腔的最大应力值；
[0007]步骤2：以步骤1得到的最大应力值为参数，对压裂泵头内腔相贯线区域施加均布载荷，采用有限元仿真软件进行静力分析，得到压裂泵头内腔相贯线区域的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
；
[0008]步骤3：根据步骤2得到的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
，通过设定比例系数R依次计算出第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
，然后逐级确定第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
的位置参数Ω
n
(a
n
，b
n
，c
n
)，得到第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
的位置参数在压裂泵头内腔的覆盖范围；
[0009]步骤4：根据步骤3得到的第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
的位置参数在压裂泵头内腔的覆盖范围，通过实际压裂泵头内腔相贯线区域的疲劳裂纹尺寸判断疲劳开裂位置处于第x级应力水平位置参数的覆盖范围，x为整数，且1≤x≤n
‑
2，分别以第x+2级、第x+1级、第x级应力水平的位置参数在压裂泵头内
腔的覆盖范围作为强化区域，逐级对压裂泵头内腔进行激光冲击强化加工。
[0010]优选的，所述步骤1具体为：通过有限元仿真软件的ABAQUS/CAE模块建立压裂泵头和泵头内腔流体的有限元模型，根据压裂泵头工作条件下的内腔流体参数，利用有限元仿真软件的ABAQUS/CFD模块进行流固耦合仿真分析，得到压裂泵头内腔的最大应力值。
[0011]优选的，所述步骤1中压裂泵头内腔的最大应力值通过流固耦合分析结果中的Mises应力云图读取。
[0012]优选的，所述步骤2中采用有限元仿真软件的ABAQUS/Standard模块进行静力分析，得到压裂泵头内腔相贯线区域的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
。
[0013]优选的，所述步骤2中压裂泵头内腔相贯线区域包括：柱塞腔
‑
吸入腔连接区域、柱塞腔
‑
排出腔连接区域、端堵腔
‑
吸入腔连接区域、端堵腔
‑
排出腔连接区域；压裂泵头内腔相贯线区域的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
通过静力分析结果中的Mises应力云图读取。
[0014]优选的，所述步骤3中比例系数R设定范围为0＜R＜0.3，级数n≥3，第n级应力水平σ
n
的计算公式为σ
n
＝σ
max
*(1
‑
nR)；第n级应力水平σ
n
的位置参数Ω
n
(a
n
，b
n
，c
n
)中：a
n
为第n级应力水平σ
n
分布位置距柱塞腔或端堵腔边缘的最小轴向距离，b
n
为第n级应力水平σ
n
分布位置距吸入腔或排出腔边缘的最小轴向距离，c
n
为第n级应力水平σ
n
分布在中间重合区域的最大周向距离；第n级应力水平σ
n
在压力泵头内腔的覆盖范围的长度由位置参数Ω
n
(a
n
，b
n
，c
n
)的a
n
和b
n
来确定，覆盖宽度由c
n
来确定。
[0015]优选的，所述步骤4中判断疲劳开裂位置处于第x级应力水平位置参数的覆盖范围的方法为：第x级应力水平位置参数覆盖范围的宽度至少等于10倍实际疲劳开裂位置的裂纹宽度。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0017](1)本专利技术提出了一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，首先，采用流固耦合的仿真分析方法模拟压裂泵头的实际工作状态，得到近工况条件下泵头内腔的最大应力值，并以最大应力值为加载条件，对压裂泵头内腔相贯线区域进行静力仿真分析，得到压裂泵头内腔相贯线区域的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
；其次，通过应力分布梯度和最大应力水平σ
max
确定第1级～第n级应力水平，第1级～第n级应力水平分布的位置参数和第1级～第n级应力水平分布位置参数的覆盖范围；最后，根据实际压裂泵头相贯线区域疲劳裂纹的宽度判断疲劳开裂位置处于第x级应力水平位置参数的覆盖范围，以第x+2级、第x+1级、第x级应力水平位置参数的覆盖范围为强化区域逐级对压裂泵头相贯线区域进行激光冲击强化加工，避免因单一区域的一次或多次强化而引起强化效果不足和强化成本过高等问题，从而延长压裂泵头的使用寿命，提高压裂作业的工作效率；
[0018](2)本专利技术提出的一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，解决在对压裂泵头实施激光冲击强化加工的过程中难以确定强化区域尺寸的问题，通用性强，不局限于某一特定压裂泵头类型；可靠性高，直接针对压裂泵头疲劳开裂的关键区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过有限元仿真软件分别建立压裂泵头和泵头内腔流体的有限元模型，采用流固耦合仿真分析方法模拟压裂泵头的实际工况，获得近工况条件下压裂泵头内腔的应力分布，得到压裂泵头内腔的最大应力值；步骤2：以步骤1得到的最大应力值为参数，对压裂泵头内腔相贯线区域施加均布载荷，采用有限元仿真软件进行静力分析，得到压裂泵头内腔相贯线区域的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
；步骤3：根据步骤2得到的应力分布梯度和最大应力水平σ
max
，通过设定比例系数R依次计算出第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
，然后逐级确定第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
的位置参数Ω
n
(a
n
，b
n
，c
n
)，得到第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
的位置参数在压裂泵头内腔的覆盖范围；步骤4：根据步骤3得到的第1级应力水平σ1、第2级应力水平σ2、第3级应力水平σ3、
……
、第n级应力水平σ
n
的位置参数在压裂泵头内腔的覆盖范围，通过实际压裂泵头内腔相贯线区域的疲劳裂纹尺寸判断疲劳开裂位置处于第x级应力水平位置参数的覆盖范围，x为整数，且1≤x≤n
‑
2，分别以第x+2级、第x+1级、第x级应力水平的位置参数在压裂泵头内腔的覆盖范围作为强化区域，逐级对压裂泵头内腔进行激光冲击强化加工。2.根据权利要求1所述的一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，其特征在于，所述步骤1具体为：通过有限元仿真软件的ABAQUS/CAE模块建立压裂泵头和泵头内腔流体的有限元模型，根据压裂泵头工作条件下的内腔流体参数，利用有限元仿真软件的ABAQUS/CFD模块进行流固耦合仿真分析，得到压裂泵头内腔的最大应力值。3.根据权利要求2所述的一种压裂泵头激光冲击强化加工区域的确定方法，其特征在于，所述步骤1中压裂泵头内腔的最大应力值通过流固耦合分析结果中的Mises应力云图读取。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜楠，王亚洲，刘萍，张梁舒怡，田增，毋乃靓，李国杰，李小银，
申请(专利权)人：西安天瑞达光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：