Прочность обсадных труб при совместном действии осевой силы и равномерного бокового давления

16.11.2020

Выше был рассмотрен вопрос о прочности труб при нагружении либо силой, действующей вдоль оси, либо гидравлическим давлением на боковую поверхность. Рассмотрим теперь более сложный случай, когда на трубу одновременно действуют осевая сила P и наружное гидравлическое давление рн. Имеется несколько вариантов решения этой задачи.

При рассматриваемой схеме нагружения в теле трубы возникает сложное напряженное состояние.

Можно, воспользовавшись одной из теорий прочности, найти эквивалентное напряжение и, приравняв его пределу текучести, решить полученное уравнение относительно предельного давления рпред. Поскольку механические характеристики материала обсадных труб при растяжении и сжатии примерно одинаковы, обычно пользуются энергетической теорией прочности. Согласно этой теории моменту перехода из упругого состояния в пластическое соответствует равенство между удельной потенциальной энергией формоизменения при сложном нагружении и одноименной энергией при простом растяжении. Условие прочности

Из формулы (5.4) Лямэ следует, что при рв=0 or=0. Подставив or=0 в уравнение (5.25) и решив его относительно ot, найдем наименьшее значение последнего

На рис. 37 показана эта зависимость в безразмерном виде. Как видим, осевое растяжение уменьшает предельно допустимое значение тангенциального напряжения, а следовательно, и величину критического наружного давления, тогда как осевое сжатие может даже способствовать некоторому увеличению их.
Прочность обсадных труб при совместном действии осевой силы и равномерного бокового давления

Если в формулу (5.26) вместо ot подставить его значение из формулы (5.4), получим следующее выражение для определения предельного наружного гидравлического давления при одновременном приложении осевой силы для круглых равностенных труб

Если положить здесь dн+d=2dn и dн—d = 26, а также учесть формулу (5.15), получим окончательно

А.А. Гайворонский предлагает использовать аналогичную формулу также для овальных разностенных труб, заменив в выражении (5.28) рБ на рС

Справедливость такого предложения нуждается в тщательной проверке, так как замена отношения ot/oт отношением рпред/рС, как видно из формулы (5.23), недостаточно правомерна.

Л.Б. Измайлов решал задачу для овальных равностенных труб, исходя из положения о том, что осевая растягивающая сила способствует увеличению овальности трубы, а эквивалентное напряжение определял по третьей теории прочности. В итоге он получил формулу, которую можно привести к виду формулы (5.30), но с существенно иным значением k**, чем по формуле (5.29). Значения k** по Л.Б. Измайлову приведены на рис. 38.

Т.Е. Еременко предложил эмпирическую формулу

где kE — эмпирический коэффициент, определенный автором для обсадных труб с наружным диаметром 146 и 168 мм групп прочности Д и К; P — осевая растягивающая сила.

В зарубежной литературе влияние осевой силы на сопротивляемость смятию обычно рекомендуют учитывать с помощью зависимости (5.28).

На рис. 39 в качестве примера приведены результаты расчета по разным формулам для обсадных труб с наружным диаметром 168 мм и толщиной стенки 10 мм группы прочности К при овальности е=0,01. Легко видеть, что значения рпред по формуле А.А. Гайворонского ниже соответствующих значений по формулам Т.Е. Еременко и Л.Б. Измайлова, особенно при значительных величинах отношения oz/oт.

Влияние осевого нагружения на сопротивляемость труб смятию изучали экспериментально несколько авторов. Результаты опытов весьма противоречивы. Если данные одних близки к зависимости (5.30), которая отображена кривой 1 на рис. 39, то данные других располагаются значительно выше этой кривой. В связи с такой противоречивостью экспериментальных данных для расчета сопротивляемости обсадных труб смятию при сложном нагружении рекомендуется в формулу (5.30) подставлять значения k**, найденные по рис. 38.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна