Расчет конструкции на прочность онлайн: Расчёт балки, рамы бесплатно онлайн
Онлайн расчет статически неопределенной балки
sopromat.info- Онлайн расчет
- Математика онлайн
- Сопромат онлайн
- Геометрия сечения
- 1 элемент в сечении
- 2 элемента в сечении
- 3 элемента в сечении
- 4 элемента в сечении
- Эпюры внутренних усилий
- Балка
- Растяжение (сжатие)
- Статически определимые
- Статически неопределимые
- Изгиб
- Статически определимые
- Статически неопределимые
- Справочная информация
- Механические характеристики материалов
- Сортаменты
- Теория
Статьи
- Онлайн расчет
- — Математика онлайн
- — Сопромат онлайн
- Геометрия сечения
- — 1 элемент в сечении
- — 2 элемента в сечении
- — 3 элемента в сечении
- — 4 элемента в сечении
- Эпюры внутренних усилий
- — Балка
- Растяжение (сжатие)
- — Статически определимые
- — Статически неопределимые
- Изгиб
- — Статически определимые
- — Статически неопределимые
- Справочная информация
- — Механические характеристики материалов
- — Сортаменты
- — Теория
- Все статьи
Для студента
- Сортамент. Двутавры
- Сортамент. Уголки равносторонние
- Сортамент. Швеллеры
- Подробное построение эпюр усилий в балке
Онлайн расчеты
- Статически неопределенная балка
- Прокатная балка
- Эпюры усилий в балк
Сопромат онлайн
На портале sopromats.ru, рассказано о самых популярных онлайн программах и сервисах по сопромату, используя которые можно очень быстро, на контрольной работе или на экзамене, посчитать, скажем, балку или раму, определить прогиб или угол поворота, рассчитать геометрические характеристики и т.д. Также представленные в этом материале ресурсы, будут полезны студентам при выполнении домашней работы, инженерам при выполнении простеньких расчетов. Конечно, не каждую задачу можно решить с помощью сервисов, которые существуют в интернете. С помощью них, можно выполнять типовые и простые расчеты, с более сложными задачами, где для решения нужен комплексный подход, рекомендуем заказывать онлайн-помощь у профессионалов, которые за считанные минуты могут решить любую задачу по сопромату. Авторы данного проекта решают
Элементы конструкций, изучаемые в сопромате – онлайн расчет
В этом разделе расскажем, как рассчитать такие простейшие элементы конструкций как балка, рама и ферма, расчеты которых подробно изучаются в сопромате. Точнее укажем на специальные странички на сайте, где очень подробно, для каждого элемента, описываются способы расчета онлайн.
Сервисы для выполнения расчетов балок-онлайн
Если вам нужно рассчитать балку онлайн, изучите этот материал.
Там рассматриваются 3 отличных сервиса, с помощью которых можно:
- рассчитать реакции в опорах;
- рассчитать и построить эпюры;
- подобрать поперечное сечение балки;
- определить прогиб или угол поворота поперечного сечения.
Программы для выполнения расчетов рам-онлайн
Для расчета рам в режиме онлайн, наша команда рекомендует использовать сервис, о котором подробно рассказано здесь.
Вкратце если рассказывать, то сервис имеет следующие особенности:
- расчет статические определимых и неопределимых систем;
- возможно использовать простые шарниры в расчетной схеме;
- расчет выполняется методом конечных элементов;
- есть возможность создания отчета и экспорта результатов в формат чертежа.
Программы для расчета ферм-онлайн
Ферму в режиме онлайн можно рассчитать программой, описываемой в этой статье.
Там рассказано, что может программа и есть пошаговая инструкция как создать расчетную схему фермы.
Заказать онлайн-помощь по сопромату
Если на контрольной или на экзамене предстоит решать какие-то необычные, сложные задачи по сопромату, или у вас не будет возможности вбивать условие задачи в выше описанные онлайн программы, Вы всегда можете заказать онлайн-помощь у меня, создателя этого ресурса.
Онлайн-помощь осуществляется в реальном времени. Данный вид услуги во многом схож с репетиторством. В оговоренное время, я работаю только с вами, решаю задачи, отвечаю на вопросы.
Договаривайтесь заранее об онлайн-помощи
Предварительно, желательно за день, особенно во время сессии, нужно договориться о времени, об особенностях решения и его оформления. Во время сессии, все студенты активизируются, всем нужна помощь и срочно. Но я один и всем помочь не смогу, так как не успею. Поэтому, если вы хотите точно сдать экзамен или зачет, в определенный день и время, пишите заранее. Кто-нибудь более шустрый, будет писать экзамен в тот же день, что и вы, застолбит время раньше вас, и я не смогу вам помочь.
Желательно, знать, что вообще будет на экзамене, контрольной, зачете. Хотя бы примерно. Некоторые студенты присылают примерные билеты до экзамена, это идеальный вариант. Это нужно мне, во-первых чтобы назвать цену, во-вторых обговорить некоторые особенности решения, так как в сопромате можно решить одну и ту же задачу разными методами. Или я захочу, к примеру, уточнить некоторые моменты по оформлению, взять те же эпюры, на одной кафедре, больше заточенной под машиностроителей, эпюры изгибающих моментов откладывают со стороны сжатых волокон, а строители откладывают со стороны растянутых. Если на экзамене вы нарисуете эпюры не так как вас учили, скорей всего это сочтут за ошибку. Поэтому перед онлайн-помощью максимально узнайте все о предстоящем экзамене, сходите на консультацию, потом пишите мне, будем беседовать.
Решаю преимущественно практические задания
Я, в основном, помогаю с решением практических задач. На теоретические вопросы можно и без моей помощи найти ответы в интернете. Таким образом, мы сможем распределить время, отведенное на написание экзамена более рационально, пока я буду работать над задачами, вы так же будете при деле. Хотя можно, и об этом договорится, к примеру, если будут тесты какие-нибудь, ответы в интернете будет найти сложнее.
Помощь оказывается только при полной предоплате
Теперь по оплате. Минимальная стоимость помощь составляет — 500р. Ориентировочно это одна хорошая задача. Но так как задачи по сопромату сильно дифференцированы по сложности, то цена за одну задачу также может варьироваться, все решается в индивидуальном порядке. Онлайн помощь осуществляется строго при полной предоплате. Не нужно мне писать, «да вот потом перечислю», «сразу после экзамена» и т.д. После экзамена вы забудете про свои обещания, решите сэкономить.
Расчет на прочность | Расчет исполнительной толщины стенки |
эллиптического днища | эллиптического днища |
цилиндрической обечайки | цилиндрической обечайки |
определение допускаемых напряжений | |
плюсовой и минусовой допуск по толщине стенки для трубы | |
предельные отклонения по наружному диаметру | |
Расчет характеристик сечений | |
кольцевого сечения (трубы) | перевод градусов в радианы и радиан в градусы |
круглого сечения | |
прямоугольного сечения | |
полого прямоугольного сечения | |
Калькуляторы дробей | Калькуляторы процентов |
сложение, вычитание, умножение, деление дробей | выделение, прибавление, вычитание процентов |
сокращение дробей | |
Формулы | Калькуляторы интерполяций |
формулы тригонометрические | интерполяция квадртичная |
таблица производных | интерполяция линейная |
экстраполяция линейная | |
уравнение прямой | |
КАЛЬКУЛЯТОР ФУНКЦИЙ | |
функции тригонометрические | |
функции обратные тригонометрические | |
функции логорифмов | |
Калькуляторы расчета площади поверхности тел | Калькуляторы расчета площади плоских фигур |
площадь поверхности конуса | площадь квадрата |
площадь поверхности куба | площадь кольца |
площадь поверхности параллелепипеда | площадь сектора кольца |
площадь поверхности правильной пирамиды | площадь круга |
площадь поверхности правильной усеченной пирамиды | площадь сегмента круга |
площадь поверхности сферы | площадь сектора круга |
площадь поверхности усеченного конуса | площадь параллелограмма |
площадь поверхности цилиндра | площадь правильного шестиуголльника |
площадь поверхности шарового сегмента | площадь прямоугольника |
площадь поверхности шарового сектора | площадь ромба |
площадь поверхности шарового слоя | площадь трапеции |
площадь треугольника | |
площадь четырехугольника | |
площадь эллипса | |
Объем тел | Периметр фигур |
| объем конуса | периметр квадрата |
| объем куба | периметр круга или длина окружности |
| объем параллелепипеда | периметр параллелограмма |
| объем пирамиды | периметр прямоугольника |
| объем правильной пирамиды | периметр ромба |
| объем тетраэдра | периметр трапеции |
| объем усеченного конуса | периметр треугольника |
| объем усеченной пирамиды | |
| объем цилиндра | |
| объем шара | |
| объем шарового сегмента | |
| объем шарового сектора | |
| объем шарового слоя |
| Конфигурация конструкции сварного шва | Примечания: для калькуляторов требуется премиум-членство |
| Методы оценки инженерного проектирования сварных конструкций — Премиум-членство требуется для просмотра документа | |
Сварной шов с осевой нагрузкой, полное проникновение, равное напряжению толщины листа. Open: Расчет сварного шва с полным проникновением осевой нагрузки | |
Осевая нормальная нагрузка, частичное проникновение, уравнение и калькулятор напряжения толщины сварного шва. Открытый: Расчет сварного шва с частичным проплавлением при осевой нормальной нагрузке | |
Уравнение и калькулятор напряжения сварного шва при полном проникновении нагрузки сечения тройника. Open: Расчет напряжения сварного шва при полном проникновении нагрузки сечения тройника | |
Калькулятор прикладываемого напряжения при полной нагрузке сварного шва при полном проплавлении. В открытом состоянии: Нагрузка сечения тройника при полном проникновении сварочный момент Нагрузка приложенного напряжения | |
Калькулятор приложенного напряжения сварного шва с полным проникновением при перпендикулярной нагрузке сечения сечения тройника. В открытом состоянии: Нагрузка сечения тройника при сварке с полным проникновением, перпендикулярная нагрузка, приложенная нагрузка | |
Калькулятор напряжения изгибающего момента стыкового шва при полном проплавлении. Open: Калькулятор напряжения изгибающего момента стыкового сварного шва при полном проникновении. | |
Изгибающий момент сварного шва с частичным проплавлением Напряжение сварного шва. Open: Калькулятор момента изгиба сварного шва с частичным проплавлением. | |
Калькулятор приложенного напряжения сварного шва с частичным проникновением при перпендикулярной нагрузке сечения сечения тройника. В открытом состоянии: Нагрузка сечения тройника, сварка с частичным проникновением, перпендикулярная нагрузка, приложенная нагрузка | |
Тройник с нагрузкой, частичное проплавление, изгибающий момент, приложенный калькулятор напряжения В открытом состоянии: нагруженное сечение тройника Частичное проплавление, изгибающий момент сварного шва Калькулятор приложенного напряжения | |
Напряжение, созданное для перпендикулярной нагрузки сварного шва с частичным проникновением. Напряжение сварного шва. Открыть: напряжение, созданное для напряжения сварного шва, перпендикулярного нагрузке сварного шва с частичным проникновением. | |
Напряжение, создаваемое для сварного шва с тремя стыками пластин, равно толщине пластины. Открыто: напряжение, создаваемое для сварного шва с тремя стыками пластин, равно толщине пластины. | |
Калькулятор осевой нагрузки сварного шва с двумя пластинами Открыть: Калькулятор осевой нагрузки при сварке двух пластин | |
Напряжение, создаваемое для конфигурации параллельной сварки двух пластин. Открыть: напряжение, созданное для калькулятора конфигурации параллельной сварки двух пластин. | |
Напряжение, создаваемое для конфигурации перпендикулярного сварного шва с двумя пластинами. Открыть: напряжение, созданное для калькулятора конфигурации перпендикулярного сварного шва с двумя пластинами. | |
Напряжение, создаваемое для конфигурации перпендикулярного сварного шва пластины внахлестку. Открыто: Калькулятор расчета конфигурации перпендикулярного сварного шва пластины при нагружении. | |
Уравнения и калькулятор напряжения при сварке с трехкратной пластиной, осевой нагрузки, параллельной сварки Open: Калькулятор осевой нагрузки при сварке с трехкратной пластиной и параллельного сварного напряжения | |
Калькулятор сварочного напряжения L-образного сечения пластины Открыть: Калькулятор сварочного напряжения L-образного сечения пластины | |
Уравнения и калькулятор напряжения сдвига сварного шва для приложенного крутящего момента на сплошном валу Open: Расчет напряжения сдвига сварного шва для приложенного крутящего момента на сплошном валу | |
Уравнение и калькулятор напряжения сдвига сварного шва для приложенного изгибающего момента сплошного вала Open: Расчет напряжения сдвига сварного шва для приложенного изгибающего момента на твердом валу | |
Напряжение сдвига сварного шва для приложенного изгибающего момента на прямоугольном / квадратном валу Уравнение и калькулятор Open: Напряжение сдвига сварного шва для приложенного изгибающего момента на прямоугольном валу / вычислителе квадратного вала | |
Напряжение сдвига при сварке для приложенного изгибающего момента в уравнении и калькуляторе прямоугольной балки Open: Напряжение сдвига сварного шва для приложенного изгибающего момента на прямоугольном вычислителе балки | |
Напряжение сдвига при сварке для приложенного изгибающего момента в уравнении и калькуляторе прямоугольной балки Open: Напряжение сдвига сварного шва для приложенного изгибающего момента на прямоугольном калькуляторе балки | |
Напряжение сдвига сварного шва для приложенной силы изгиба по уравнению и калькулятору прямоугольной балки Open: Напряжение сдвига сварного шва для приложенной силы изгиба на прямоугольной балке Калькулятор | |
Уравнение и калькулятор напряжения при сварке для изгибающего момента, приложенного для прямоугольной балки Open: Расчет напряжения сварного шва для приложенного изгибающего момента прямоугольной балки | |
Расчет напряжения сварного шва для нагрузки, приложенной к прямоугольной балке. Открыть: Калькулятор напряжения сварного шва для нагрузки, приложенной к прямоугольной балке. | |
Напряжение сварного шва для момента, приложенного к прямоугольной балке Уравнение и калькулятор. Open: Расчет напряжения сварного шва для момента, приложенного к прямоугольной балке | |
Расчет напряжения сварного шва для нагрузки, приложенной к прямоугольной балке Open: Расчет напряжения сварного шва для нагрузки, приложенной к прямоугольной балке | |
Напряжение сварного шва для момента, приложенного к прямоугольной балке Уравнение и калькулятор. Калькулятор напряжения сварного шва для момента, приложенного к прямоугольной балке. | |
Напряжение сварного шва для момента, приложенного к прямоугольной балке Уравнение и калькулятор. Open: Расчет напряжения сварного шва для момента, приложенного к прямоугольной балке. | |
Расчет напряжения сварного шва для нагрузки, приложенной к прямоугольной балке Open: Расчет напряжения сварного шва для нагрузки, приложенной к прямоугольной балке | |
Напряжение сварного шва для изгибающего момента, приложенное к прямоугольной балке Уравнение и калькулятор Open: Расчет напряжения сварного шва для изгибающего момента, приложенного к прямоугольной балке | |
Расчет напряжения сварного шва для соединительной пластины балки Open: Расчет напряжения сварного шва для соединительной пластины балки | |
| Калькулятор расчета сварных стыков балок | |
| Калькулятор расчета конструкции подъемных проушин | |
| Электронная таблица для расчета веса и площади сварного шва Расчеты веса и площади сварного шва с двойной V, одиночной V, составной V, подкладной лентой и J-образной канавкой. | |
Таблица для калькулятора сварного отвода ASME B31.3 Excel
|
Прочность обсадных труб и насосно-компрессорных труб
Наиболее важными механическими свойствами обсадных труб и насосно-компрессорных труб являются прочность на разрыв, сопротивление разрушению и прочность на разрыв. Эти свойства необходимы для определения прочности трубы и проектирования обсадной колонны.
Минимальное внутреннее давление текучести (MIYP)
Если обсадная колонна подвергается внутреннему давлению выше, чем внешнее, говорят, что обсадная колонна подвергается нагрузке разрывным давлением.Условия нагружения разрывным давлением возникают во время операций по контролю над скважиной, испытаний на целостность обсадных колонн, насосных и производственных операций. MIYP тела трубы определяется по формуле внутреннего давления текучести, приведенной в API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1]
……………….. (1)
где
P B = минимальное давление разрыва, psi,
Y p = минимальный предел текучести, psi,
t = номинальная толщина стенки, дюйм.,
и
D = номинальный внешний диаметр трубы, дюйм.
Это уравнение, широко известное как уравнение Барлоу, вычисляет внутреннее давление, при котором тангенциальное (или кольцевое) напряжение на внутренней стенке трубы достигает предела текучести (YS) материала. Выражение можно получить из уравнения Ламе для касательного напряжения, сделав предположение о тонких стенках, что D / t >> 1. Большинство обсадных труб, используемых на месторождении, имеют отношение D / т от 10 до 35.Коэффициент 0,875, фигурирующий в уравнении, представляет собой допустимый производственный допуск –12,5% на толщину стенки, указанный в API Bull. 5C2, Эксплуатационные характеристики обсадных труб, насосно-компрессорных труб и бурильных труб . [2] Давление в MIYP не означает, что труба будет иметь разрыв или разрыв, который происходит только тогда, когда касательное напряжение превышает предел прочности на разрыв (UTS). Таким образом, использование критерия предела текучести в качестве меры сопротивления трубы внутреннему давлению по своей природе консервативно.Это особенно верно для материалов более низкого качества, таких как H-40, K-55 и N-80, отношение UTS / YS которых значительно выше, чем у материалов более высокого качества, таких как P-110 и Q-125. Влияние осевой нагрузки на сопротивление внутреннему давлению обсуждается позже.
Прочность на обрушение
Если внешнее давление превышает внутреннее давление, обсадная труба разрушается. Такие условия могут существовать во время операций по цементированию, расширения захваченной жидкости или вакуумирования скважины. Прочность на сжатие в первую очередь зависит от предела текучести материала и его коэффициента гибкости, D / t .Критерии прочности на обрушение, приведенные в API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных труб и трубопроводов. , [1] состоит из четырех режимов обрушения, определяемых пределом текучести, и D / t . Далее обсуждается каждый критерий в порядке увеличения D / t .
Снижение предела текучести
Снижение предела текучести основано на текучести внутренней стенки с использованием эластичного раствора Lamé для толстых стенок.Этот критерий вовсе не представляет собой давление «коллапса». Для толстостенных труб ( D / т < 15 ±), касательное напряжение превышает предел текучести материала до того, как произойдет разрушение из-за коллапс-неустойчивости. .................... (2) Номинальные размеры используются в уравнениях коллапса. Применимые соотношения D / т для разрушения предела текучести показаны в таблице 1 .
Таблица 1 — Диапазон формулы давления обрушения текучести
Пластиковый коллапс
Пластическое разрушение основано на эмпирических данных 2488 испытаний бесшовных обсадных труб K-55, N-80 и P-110.Не было получено аналитического выражения, которое точно моделирует поведение коллапса в этом режиме. Регрессионный анализ дает 95% -ный уровень уверенности в том, что 99,5% всех труб, изготовленных в соответствии со спецификациями Американского института нефти (API), выйдут из строя при давлении схлопывания, превышающем давление пластического схлопывания. Минимальное давление схлопывания для пластического диапазона схлопывания рассчитывается по формуле . 3 .
……………….. (3)
Коэффициенты A, B и C и применимый диапазон D / t для формулы пластического разрушения показаны в таблице 2 .
Таблица 2 — Формульные коэффициенты и диапазоны D / t для пластического обрушения
Переходный коллапс
Переходный коллапс получен путем численного подбора кривой между пластическим и упругим режимами. Минимальное давление схлопывания для переходной зоны из пластика в упругость, P T , рассчитывается с помощью Eq. 4 .
……………….. (4)
Коэффициенты F и G и применимый диапазон D / t для формулы переходного давления схлопывания показаны в таблице 3 .
Таблица 3 — Формульные факторы и диапазон D / t для переходного коллапса
Упругое разрушение
Упругое разрушение основано на теоретическом разрушении при упругой неустойчивости; этот критерий не зависит от предела текучести и применим к тонкостенным трубам ( D / т >
25 ±). Минимальное давление схлопывания для упругого диапазона схлопывания рассчитывается по формуле . 5 . ……………….. (5) Применимый диапазон D / t для упругого разрушения показан в таблице 4 .
Таблица 4 — Диапазон D / t для упругого обрушения
Большинство нефтепромысловых труб испытывают обрушение в «пластическом» и «переходном» режимах. Многие производители продают обсадные трубы с «сильным разрушением», которые, по их утверждениям, обладают характеристиками, превышающими номинальные характеристики, рассчитанные по формулам API Bull.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных и линейных труб . [1] Эти улучшенные характеристики достигаются, главным образом, за счет использования передовых методов производства и более строгих программ обеспечения качества для уменьшения овальности, остаточного напряжения и эксцентриситета. Изначально обсадная колонна с высоким обрушением была разработана для использования на более глубоких участках скважин с высоким давлением. Использование обсадных труб с высокой степенью сжатия получило широкое признание в отрасли, но их использование остается спорным среди некоторых операторов.К сожалению, все производители ’ претензии не были подтверждены соответствующим уровнем квалификационного тестирования. Если при проектировании считается необходимым обсадная труба с высокой степенью сжатия, необходимо получить соответствующую консультацию специалиста для оценки производителя. s данные квалификационных испытаний, такие как отношение длины к диаметру, условия испытаний (конечные ограничения) и количество выполненных испытаний.
Эквивалентное внутреннее давление
Если труба подвергается как внешнему, так и внутреннему давлению, эквивалентное внешнее давление рассчитывается как
……………….. (6)
где
p e = эквивалентное внешнее давление,
p o = внешнее давление,
p i = внутреннее давление,
и
Δ p = p o — p i .
Чтобы обеспечить более интуитивное понимание смысла этой связи, Eq.6 можно переписать как
……………….. (7)
где
D = номинальный наружный диаметр,
и
d = номинальный внутренний диаметр.
В Ур. 7 , мы можем видеть внутреннее давление, приложенное к внутреннему диаметру, и внешнее давление, приложенное к внешнему диаметру. «Эквивалентное» давление, приложенное к внешнему диаметру, является разницей этих двух терминов.
Осевая прочность
Осевая прочность тела трубы определяется по формуле предела текучести тела трубы, приведенной в API Bull.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных и линейных труб . [1]
……………….. (8)
где
F y = осевая прочность тела трубы (единицы силы),
Y p = минимальный предел текучести,
D = номинальный наружный диаметр,
и
d = номинальный внутренний диаметр.
Осевая прочность — это произведение площади поперечного сечения (исходя из номинальных размеров) и предела текучести.
Комбинированные стрессовые воздействия
Все приведенные ранее уравнения прочности трубы основаны на одноосном напряженном состоянии (т.е. состоянии, в котором только одно из трех главных напряжений не равно нулю). Эта идеализированная ситуация никогда не встречается в нефтяных месторождениях, потому что труба в стволе скважины всегда подвергается комбинированным условиям нагрузки. Фундаментальная основа конструкции обсадных труб заключается в том, что если напряжения в стенке трубы превышают предел текучести материала, возникает условие разрушения.Следовательно, предел текучести является мерой максимально допустимого напряжения. Чтобы оценить прочность трубы в условиях комбинированного нагружения, предел одноосной текучести сравнивают с условием текучести. Возможно, наиболее широко принятый критерий текучести основан на теории максимальной энергии искажения, которая известна как условие текучести Хубера-Хенки-Мизеса или просто напряжение фон Мизеса, трехосное напряжение или эквивалентное напряжение. [3] Трехосное напряжение (эквивалентное напряжение) не является истинным напряжением.Это теоретическое значение, которое позволяет сравнить обобщенное трехмерное (3D) напряженное состояние с критерием одноосного разрушения (предел текучести). Другими словами, если трехосное напряжение превышает предел текучести, указывается нарушение текучести. Трехосный коэффициент безопасности — это отношение предела текучести материала к трехосному напряжению. Критерий текучести определяется как ……………….. (9) где
Y p = минимальный предел текучести, psi,
σ VME = трехосное напряжение, psi,
σ z = осевое напряжение, psi,
σ ϴ = касательное или кольцевое напряжение, psi,
и
σ r = радиальное напряжение, psi.
Расчетное осевое напряжение, σ z , в любой точке по площади поперечного сечения должно включать эффекты:
- Собственный вес
- Плавучесть
- Нагрузки от давления
- Гибка
- Ударные нагрузки
- Сопротивление трения
- Точечные нагрузки
- Температурные нагрузки
- Изгибающие нагрузки
За исключением изгибающих / изгибающих нагрузок, осевые нагрузки обычно считаются постоянными по всей площади поперечного сечения.
Касательные и радиальные напряжения рассчитываются с помощью уравнений Ламе для толстостенных цилиндров.
……………….. (10)
и
……………….. (11)
где
p i = внутреннее давление,
p o = внешнее давление,
r i = внутренний радиус стенки,
r o = радиус внешней стенки,
и
r = радиус, на котором возникает напряжение.
Абсолютное значение σ всегда наибольшее у внутренней стенки трубы и для нагрузок на разрыв и обрушение, где | p i — p o | >> 0, то | σ ϴ | >> | σ r | . Для любой комбинации p i и p o сумма касательных и радиальных напряжений постоянна во всех точках стенки обсадной колонны.Подставляя уравнение. 10 и Ур. 11 в Ур. 9, после перестановок дает ……………….. (12) в котором и
где
D = наружный диаметр трубы,
и
t = толщина стенки.
Ур. 12 вычисляет эквивалентное напряжение в любой точке тела трубы для любой заданной геометрии трубы и условий нагрузки. Чтобы проиллюстрировать эти концепции, давайте рассмотрим несколько частных случаев.
Комбинированное разрушение и растяжение
Предполагая, что σ z > 0 и σ ϴ >> σ r и установка трехосного напряжения равным пределу текучести приводит к следующему уравнению эллипса. ……………….. (13) Это двухосный критерий, используемый в API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных труб и линейных труб , [1] для учета влияния растяжения на обрушение………………… (14) где
S a = осевое напряжение, зависящее от выталкивающего веса трубы,
и
Y p = предел текучести.
Четко видно, что по мере увеличения осевого напряжения S a сопротивление трубы разрушению уменьшается. Построение этого эллипса, Рис. 1 позволяет напрямую сравнить трехосный критерий с рейтингами API. Нагрузки, попадающие в проектный диапазон, соответствуют проектным критериям.Изогнутый нижний правый угол вызван комбинированными эффектами напряжения, как описано в Eq. 14 .
Рис. 1 — Критерии отказа обсадной колонны.
Комбинированная нагрузка на разрыв и сжатие
Комбинированная импульсная и компрессионная нагрузка соответствует верхнему левому квадранту проектной оболочки. Это область, где трехосный анализ наиболее важен, потому что использование одного только одноосного критерия не может предсказать несколько возможных отказов.Для высоких разрывных нагрузок (т. Е. Высокого касательного напряжения и умеренного сжатия) разрывное разрушение может произойти при перепаде давления, меньшем, чем разрывное давление по API. При высоком сжатии и умеренных разрывных нагрузках режимом разрушения является постоянное навинчивание (т. Е. Пластическая деформация из-за выпучивания по спирали). Эта комбинированная нагрузка обычно возникает, когда возникает высокое внутреннее давление (из-за утечки в насосно-компрессорных трубах или повышения давления в кольцевом пространстве) после повышения температуры обсадной колонны из-за добычи.Повышение температуры в несцементированной части обсадной колонны вызывает тепловое расширение, что может привести к значительному увеличению сжатия и коробления. Увеличение внутреннего давления также приводит к увеличению потери устойчивости.
Комбинированная нагрузка на разрыв и растяжение
Комбинированная нагрузка на разрыв и растяжение соответствует верхнему правому квадранту проектной оболочки. Это область, в которой использование одного только одноосного критерия может привести к созданию более консервативного, чем необходимо, дизайна.При высоких нагрузках на разрыв и умеренном растяжении нарушение текучести при разрыве не произойдет до тех пор, пока не будет превышено давление разрыва по API. Когда напряжение приближается к осевому пределу, разрывное разрушение может произойти при перепаде давления меньше значения API. При высоком растяжении и умеренных разрывных нагрузках текучесть тела трубы не будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение, превышающее одноосное номинальное значение.
Использование преимущества увеличения сопротивления разрыву при наличии напряжения представляет собой хорошую возможность для инженера-проектировщика сэкономить деньги при сохранении целостности ствола скважины.Точно так же проектировщик может пожелать разрешить нагрузки между номинальными значениями одноосного и трехосного растяжения. Однако в последнем случае следует проявлять особую осторожность из-за неопределенности того, какое давление разрыва может наблюдаться в сочетании с высокой растягивающей нагрузкой (исключением является случай испытательной нагрузки под давлением сырого цемента). Кроме того, рейтинги подключения могут ограничивать ваши возможности проектирования в этом регионе.
Использование трехосного критерия для обрушения
Для многих труб, используемых в нефтяном месторождении, обрушение — это нарушение неупругой устойчивости или нарушение упругой устойчивости, не зависящее от предела текучести.Трехосный критерий основан на упругих свойствах и пределе текучести материала и, следовательно, не должен использоваться с нагрузками на обрушение. Единственным исключением являются толстостенные трубы с низким соотношением D / т , которые имеют рейтинг API в области предела текучести и разрушения. Этот критерий обрушения вместе с эффектами растяжения и внутреннего давления (которые являются трехосными эффектами) приводят к тому, что критерий API по существу идентичен трехосному методу в нижнем правом квадранте трехосного эллипса для толстостенных труб.
Для сильного сжатия и умеренных нагрузок обрушения, испытываемых в нижнем левом квадранте расчетной оболочки, режимом отказа может быть постоянное закручивание из-за спирального коробления. В этом случае целесообразно использовать трехосный критерий. Такое сочетание нагрузок обычно может возникать только в скважинах, температура которых сильно повышается из-за добычи. Комбинация разрушающей нагрузки, которая вызывает обратное раздувание, и повышение температуры приводит к увеличению сжатия в несцементированной части колонны.
Большинство инженеров-проектировщиков используют минимальную стену для расчетов на разрыв и номинальные размеры для расчетов на обрушение и осевые расчеты. Можно привести аргументы в пользу использования любого предположения в случае трехосного дизайна. Важнее, чем выбор допущений о размерах, является то, что результаты трехосного анализа должны соответствовать одноосным рейтингам, с которыми их можно сравнивать.
Трехосный анализ, пожалуй, самый ценный при оценке разрывных нагрузок.Следовательно, имеет смысл откалибровать трехосный анализ, чтобы он был совместим с одноосным анализом разрыва. Это можно сделать путем соответствующего выбора проектного фактора. Поскольку трехосный результат номинально сводится к результату одноосного разрыва без приложения осевой нагрузки, результаты обоих этих анализов должны быть эквивалентными. Поскольку рейтинг прочности на разрыв основан на 87,5% номинальной толщины стенки, трехосный анализ на основе номинальных размеров должен использовать расчетный коэффициент, равный расчетному коэффициенту разрыва, умноженному на 8/7.Это отражает философию, согласно которой следует использовать менее консервативное допущение с более высоким расчетным фактором. Следовательно, для расчетного коэффициента разрыва 1,1 следует использовать расчетный коэффициент для трехосного тракта 1,25.
Заключительное рассмотрение трехосного напряжения
Рис. 2 графически обобщает трехосные, одноосные и двухосные пределы, которые следует использовать при проектировании обсадной колонны, а также набор согласованных проектных факторов.
Рис. 2 — Расчетные коэффициенты для критериев разрушения обсадных труб.
Из-за потенциальных преимуществ (как экономии затрат, так и лучшей механической целостности), которые могут быть реализованы, трехосный анализ рекомендуется для всех конструкций скважин. Конкретные приложения включают:
- Экономия денег при взрывозащищенном исполнении за счет преимущества повышенного сопротивления разрыву при растяжении
- Учет большого температурного воздействия на профиль осевой нагрузки в скважинах с высоким давлением и высокой температурой (это особенно важно при комбинированном нагружении разрывом и сжатием)
- Точное определение напряжений при использовании толстостенных труб ( D / t <12) (традиционные одноосные и двухосные методы предполагают наличие тонких стенок) предел текучести материала)
Хотя признано, что критерий фон Мизеса является наиболее точным методом представления характеристик упругой текучести, использование этого критерия в трубчатой конструкции должно сопровождаться некоторыми мерами предосторожности.
Во-первых, для большинства труб, используемых в нефтяных месторождениях, обрушение часто является неустойчивым разрушением, которое возникает до того, как вычисленное максимальное трехосное напряжение достигает предела текучести. Следовательно, трехосное напряжение не должно использоваться в качестве критерия обрушения. Только в толстостенных трубах перед обрушением возникает податливость.
Во-вторых, точность трехосного анализа зависит от точного представления условий, которые существуют как для трубы, установленной в скважине, так и для последующих представляющих интерес нагрузок.Часто при анализе напряжения наиболее важным является изменение условий нагрузки. Следовательно, точное знание всех температур и давлений, которые возникают в течение срока службы скважины, может иметь решающее значение для точного трехосного анализа.
Примерный проектный расчет
В примерах, которые обсуждаются ниже, исследуются критерии разрыва и коллапса. Трехосные напряжения рассчитываются для различных ситуаций нагружения, чтобы продемонстрировать, как на самом деле используются формулы прочности обсадной колонны и формулы нагрузки.
Пример расчета пакетов с трехосным сравнением
Предположим, что у нас есть промежуточная обсадная труба N-80 13 3 / 8 дюймов, 72 фунта / фут, установленная на высоте 9000 футов и закрепленная на поверхности. Разрывное дифференциальное давление для этой обсадной колонны определяется формулой Eq. 1 .
Вариант нагружения, который мы будем проверять, — это случай вытеснения в результате выброса газа с пластовым давлением 6000 фунтов на квадратный дюйм, глубиной пласта на высоте 12000 футов и градиентом газа, равным 0,1 фунтов на квадратный дюйм / фут.
Согласно этому расчету, корпус достаточно прочен, чтобы противостоять этому разрывному давлению. В качестве дополнительной проверки рассчитаем напряжение фон Мизеса, связанное с этим случаем. Поверхностное осевое напряжение — это вес обсадной колонны, деленный на площадь поперечного сечения (20,77 дюйма 2 ) за вычетом нагрузок от давления при цементировании (предположим, 15 фунтов / галлон цемента).
Радиальные напряжения для внутреннего и внешнего радиусов — это внутреннее и внешнее давление.
Кольцевые напряжения рассчитываются по формуле Ламе ( Ур.10 ).
Эквивалентное напряжение по Мизесу или трехосное напряжение задается как Eq. 9 . Оценивая уравнение. 9 на внутреннем радиусе и на внешнем радиусе имеем
и
Максимальное напряжение по Мизесу находится внутри 13 3 / 8 дюймов. обсадная колонна со значением 66% предела текучести. При расчете разрыва приложенное давление составляло 89% от расчетного давления разрыва. Таким образом, расчет пакета является консервативным по сравнению с расчетом фон Мизеса для этого случая.
Пример расчета обрушения
Для расчета обрушения образца мы проверим сопротивление обрушению хвостовика P-110 размером 7 дюймов, 23 фунт / фут, зацементированных на глубине от 8000 до 12000 футов. Сравнивая 7 дюймов. свойства лайнера против различных режимов обрушения, было обнаружено, что переходное схлопывание было предсказано для этого лайнера. Давление обрушения для этого лайнера рассчитывается по формуле Eq. 4 со следующими значениями для F и G , взятыми из Таблица 3 .
Тогда давление схлопывания определяется выражением
Чтобы оценить обрушение этого лайнера, нам нужны внутренние и внешние давления. Внутреннее давление определяется при полной откачке над пакером.
Внешнее давление основано на полностью цементированной секции за 7-дюймовым. лайнер. Профиль внешнего давления задается профилем внешнего давления смеси раствор / цемент-вода, где предполагается, что хвостовик зацементирован в буровом растворе объемом 10 фунтов / галлон с градиентом внутреннего давления смеси-воды 0.45.
Эквивалентное давление рассчитывается из p i и p o для сравнения с давлением разрушения, p c , с использованием Eq. 6 .
Поскольку p e превышает p c (4440 фунтов на квадратный дюйм), ожидается, что футеровка разрушится. В этом случае нецелесообразно рассчитывать напряжение фон Мизеса для схлопывания, поскольку схлопывание в переходной области не является строго условием пластической текучести.
Номенклатура
| А | = постоянная в уравнении пластического схлопывания, безразмерная |
| B | = постоянная в уравнении пластического схлопывания, безразмерная |
| К | = константа в уравнении пластического схлопывания, фунт / кв. Дюйм |
| д | = номинальный внутренний диаметр трубы, дюйм. |
| D | = номинальный внешний диаметр трубы, дюйм. |
| Д / т | = коэффициент гибкости, безразмерный |
| f 1 , f 2 , f 3 | = термины в комбинированном воздействии напряжения на обрушение, фунт / кв. Дюйм |
| Ф | = константа в уравнении коллапса перехода, безразмерная |
| Ф. y | = осевая прочность тела трубы, фунт-сила |
| G | = постоянная в уравнении коллапса перехода, безразмерная |
| G | = модуль сдвига, psi |
| p e | = эквивалентное внешнее давление, psi |
| p i | = внутреннее давление, psi |
| p o | = внешнее давление, psi |
| P B | = минимальное давление разрыва, psi |
| P E | = давление упругого сжатия, фунт / кв. Дюйм |
| пол пол | = давление схлопывания пластика, фунт / кв. Дюйм |
| P Yp | = давление разрушения предела текучести, фунт / кв. Дюйм |
| п т | = давление схлопывания перехода, фунт / кв. Дюйм |
| r | = радиальный кольцевой зазор, дюйм. |
| r i | = внутренний радиус трубы, дюйм. |
| r o | = внешний радиус трубы, дюйм. |
| S | = осевое напряжение, основанное на плавучести трубы, фунт / кв. Дюйм |
| т | = номинальная толщина стенки, дюйм. |
| Y p | = минимальный предел текучести трубы, фунт / кв. Дюйм |
| Δ п | = po — pi, фунт / кв. Дюйм |
| σ r | = радиальное напряжение, фунт / кв. Дюйм |
| σ VME | = трехосное напряжение, psi |
| σ z | = осевое напряжение, фунт / кв. Дюйм |
| σ ϴ | = касательное или кольцевое напряжение, фунт / кв. Дюйм |
Список литературы
- ↑ 1.0 1,1 1,2 1,3 1,4 API Bull. 5C3, Бюллетень формул и расчетов для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб, четвертое издание. 1985. Даллас: API.
- ↑ API Bull. 5C2, Бюллетень эксплуатационных характеристик обсадных труб, насосно-компрессорных труб и бурильных труб, восемнадцатое издание. 1982. Даллас: API.
- ↑ Crandall, S.H. и Даль, Н.С. 1959. Введение в механику твердого тела. Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл.
См. Также
Конструкция корпуса
Изгиб обсадных труб и НКТ
PEH: Корпус_Конструкция
Интересные статьи в OnePetro
Внешние линии
Общие ссылки
Адамс, А.Дж. и Ходжсон Т. 1999. Калибровка критериев проектирования обсадных труб / насосно-компрессорных труб с использованием методов обеспечения надежности конструкций. SPE Drill & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.
Марка, П.Р., Уитни, У.С., Льюис, Д. 1995. Истории случаев расчета факторов нагрузки и сопротивления. Представлено на конференции оффшорных технологий, Хьюстон, 1-4 мая. OTC-7937-MS. http://dx.doi.org/10.4043/7937-MS.
Chen, Y.-C., Lin, Y.-H. и Cheatham, J.B. 1990. Устойчивость насосно-компрессорных труб и обсадных труб в горизонтальных скважинах (включая соответствующие документы 21257 и 21308). SPE J. 42 (2): 140-141, 191. SPE-19176-PA. http://dx.doi.org/10.2118/19176-PA.
Доусон Р. 1984.Устойчивость бурильных труб в наклонных скважинах. SPE J. 36 (10): 1734-1738. SPE-11167-PA. http://dx.doi.org/10.2118/11167-PA.
Клементич П.Е., Эрих Ф. 1995. Рациональная характеристика запатентованных марок обсадных труб с высокой степенью обрушения. Представлено на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Даллас, 22-25 октября. SPE-30526-MS. http://dx.doi.org/10.2118/30526-MS.
Руководство для стальных конструкций, расчета факторов нагрузки и сопротивления . 1986 г.Чикаго: Американский институт стальных конструкций.
Miska, S. и Cunha, J.C. 1995. Анализ продольного изгиба труб, подвергающихся осевым и крутильным нагрузкам в наклонных стволах скважин. Представлено на симпозиуме SPE по производственным операциям, Оклахома-Сити, Оклахома, США, 2–4 апреля. SPE-29460-MS. http://dx.doi.org/10.2118/29460-MS.
Митчелл, Р.Ф. 1999. Анализ потери устойчивости в наклонно-направленных скважинах: практический метод. SPE Drill & Compl 14 (1): 11-20.SPE-55039-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55039-PA.
Митчелл, Р.Ф. 1988. Новые концепции потери устойчивости по спирали. SPE Drill Eng 3 (3): 303–310. SPE-15470-PA. http://dx.doi.org/10.2118/15470-PA.
Митчелл, Р.Ф .: «Проектирование обсадных труб», в буровой технике, изд. Р. Ф. Митчелл, т. 2 Справочника по нефтяной инженерии, изд. L. W. Lake. (США: Общество инженеров-нефтяников, 2006 г.). 287-342.
Prentice, C.M. 1970. Конструкция обсадной колонны «Максимальная нагрузка». Дж.Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.
Раквиц, Р. и Фисслер, Б. 1978. Конструкционная надежность при комбинированных процессах случайной нагрузки. Компьютеры и конструкции 9: 489.
Тимошенко, С.П., Гудье, Дж. 1961. Теория упругости , третье издание. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co.
Категория
CENV6086 | Продвинутое структурное проектирование
Результаты обучения
Знания и понимание
Успешно завершив этот модуль, вы сможете продемонстрировать знания и понимание:
- Текущие проблемы на переднем крае строительного проектирования
- Проектирование сложных железобетонных конструкций подкосно-анкерным методом
- Расчет композитных балок для мостов и зданий
- Расчет предварительно напряженного бетона для мостов и зданий
- Прогнозирование и контроль перемещений в зданиях
- Расчет тонкостенных конструкций
- Проектирование большепролетных стальные арки
Предметные интеллектуальные и исследовательские навыки
Успешно завершив этот модуль, вы сможете:
- Понимать, как устоявшиеся методы исследования и исследования используются для создания расчетных формул, используемых в практических правилах.
- Критически оцените формулы и методы проектирования в проектировании конструкций
- Определите основную механику конструкций, которая используется в кодексах проектирования
- Примените теоретические принципы структурной механики к широкому спектру проектных ситуаций
Передаваемые и общие навыки
успешно завершив этот модуль, вы сможете:
- Способность к обучению
- Анализ проблем и решение проблем
- Самоуправление (например.г. управление временем)
- Устное и письменное общение
Практические навыки по конкретным предметам
Успешно завершив этот модуль, вы сможете:
- Выполнять сложные проектные расчеты для широкого диапазона практических проектных ситуаций
- Способность идентифицировать виды отказов в конструкциях
- Используйте приближенные методы анализа для проверки результатов анализа КЭ
Расчет предварительно напряженного бетона: • Формулировка расчетных неравенств при передаче усилия предварительного напряжения и при нагрузке на работоспособность. • Определение минимальной глубины сечения и допустимого диапазона усилий на сухожилиях. • Расчет допустимой ширины кабельной зоны • Количественная оценка потерь предварительного напряжения, вызванных втягиванием анкера, упругим сокращением, трением, усадкой и ползучестью.• Оценка прогибов при передаче предварительного напряжения и при полной нагрузке SLS. • Расчет предельной прочности на изгиб и сдвиг в предельном состоянии. • Контроль разрывных напряжений для анкеров из бетона после растяжения. Тонкостенные конструкции: • Теория продольного изгиба изотропных пластин без жесткости при нагрузке в плоскости. • Расчет напряжения продольного изгиба в стенках пластинчатых балок. • Конструкция предотвращает коробление тонких пластин при сжатии. • Оценка комбинированного воздействия кручения, сдвига и сжатия на прочность на изгиб. • Оценка влияния недостаточной прямолинейности и остаточных напряжений на устойчивость к изгибу. Конструкция из железобетона, способная выдерживать сосредоточенные нагрузки и концентрации напряжений. • Вы узнаете, как разрабатывать и собирать модели стоек и стяжек, которые имеют широкий спектр потенциальных применений. • Вы узнаете о различных типах узлов и типах стоек и соответствующих ограничивающих напряжениях. • Вы узнаете, как проверять напряжения в стойках и как спроектировать арматуру для шпал, и примените эту теорию к целому ряду тематических исследований мостов и зданий. Прогнозирование и контроль перемещений в зданиях: • Просмотрите тематические исследования реальных конструкций, где движения привели к серьезным трещинам. • Понять различные причины движений в конструкциях. • Расчет перемещений из-за усадки, ползучести, упругого сокращения, температуры и воздействия солнечного излучения. • Поймите источники ограничения движения и их влияние на растрескивание. • Расчет ширины трещин Композитная конструкция: • Расчет прогибов композитных балок с подпорками и без подпорок. • Приближенные методы оценки динамического отклика длиннопролетных композитных балок на вибрации, вызванные ударом. • Расчет способности к упругому и пластическому моменту опорных и не подпираемых композитных балок. • Конструирование срезных шпилек с использованием упругих и пластических методов
Методика преподавания и обучения
Всего 36 лекций за 12 недель.Будет представлен ряд примеров дизайна, чтобы объяснить применение теории в реальных проектных ситуациях. По каждой теме будет предоставлен широкий спектр учебных вопросов, которые будут сопровождаться списками решений, которые позволят вам попрактиковаться и развить свое понимание при подготовке к экзамену.
| Тип | Часы |
|---|---|
| Лекция | 30 |
| Ревизия | 60 |
| Доработка | 60 | 000
Суммарный
| Метод | Процентный вклад | |||
|---|---|---|---|---|
| Непрерывная оценка | 50% | |||
| Окончательная оценка | 129||||
| Метод | Процентный вклад | |||
| Установить задачу | 100% |
Направление
| Метод | Процентный вклад |
|---|---|
| 000 | |