综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系,建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际,该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对4种张紧器模型,即恒定集中力模型、传统的简化模型、线性弹簧-阻尼模型以及非线性弹簧-阻尼模型进行对比分析。结果表明:恒定集中力模型不能反映立管张力的变化规律,而且立管响应也存在较大差别,故不宜采用;传统的简化模型过高评估了张紧器的张力水平,有可能导致不准确的立管响应评估结果;线性弹簧-阻尼模型可用于环境条件较温和的情况;该研究建立的非线性弹簧-阻尼模型最能反映张紧器的刚度特性,且在极端载荷环境下尤为适用。

以旋塞取样阀为研究对象,探讨其密封面接触力学性能和疲劳寿命。应用有关力学理论对旋塞取样阀安装和取样过程进行力学分析,构建了安装过程接触面应力计算的理论模型、旋塞取样阀工作过程中旋塞径向接触应力的计算模型和旋塞表面3个具有代表性的横截面的接触应力分布计算模型。结合具体算例数值计算,研究了取样过程旋塞表面上各点接触应力变化分布规律,并采用有限元法对取样时旋塞接触应力分布进行了分析,结果表明了所建力学模型的正确性。最后基于疲劳寿命的基本理论,研究了管道工作压力、旋塞安装过程的压紧量等参数对旋塞疲劳寿命的影响规律。