工具锥角对膨胀套管环向残余应力的影响

为了研究膨胀工具锥角对套管膨胀后环向残余应力分布的影响,采用有限元分析方法对常见的5°～11°锥角下Φ139.7 mm×8.5 mm的套管膨胀过程进行了非线性数值分析,得到不同锥角下整个套管膨胀后环向残余应力在套管轴向、周向和壁厚方向的分布规律.结果 表明,套管膨胀后环向残余应力在套管轴向和圆周方向上分布不均匀,其数值呈波动趋势,波动幅度可达100 MPa左右,且波动幅度随工具锥角的增大而减小.无论膨胀工具锥角如何变化,套管内壁至套管厚度中间的单元层始终受到残余拉应力,套管外壁及靠近外壁的单元层始终受到残余压应力,残余拉应力和残余压应力在壁厚厚度上所占比例分别约为75％和25％,且残余拉应力最大值位于套管壁厚中间部位,残余压应力最大值位于套管外壁.锥角变化对环向残余应力的大小有一定影响,当锥角从5°增加到11°时,残余拉应力和压应力最大值均上升,增加幅度分别约为套管材料屈服强度的3.4％和5.1％.