根據(jù)一義虎克定律，物理方程又可以寫(xiě)作:在壓裂壓力作用前，聚氨酯密封膠膠筒的徑向應(yīng)變a =0，環(huán)向應(yīng)變eA=0，軸向應(yīng)，徑向應(yīng)力W即預(yù)壓緊接觸應(yīng)力。根據(jù)式(<10)，的第1式和第2式，可得:在壓裂壓力P作用后，聚氨酯密封膠膠筒的徑向應(yīng)變a =0，環(huán)向應(yīng)變二A 0，軸向應(yīng)力，zp，設(shè)此時(shí)的徑向應(yīng)力為，仍然根不考慮徑向摩擦力，徑向應(yīng)力等于二次坐封時(shí)膠筒與套管內(nèi)賠間的接觸應(yīng)力，即在壓裂過(guò)程，產(chǎn)生密封作用的接觸應(yīng)力。由于橡膠兒乎是不可壓縮的，其泊松比約等于0.5，式(13)可以寫(xiě)作即壓裂過(guò)程，產(chǎn)生的接觸應(yīng)力等于壓裂壓力加上預(yù)壓緊接觸應(yīng)力。因此，只要存在一定的預(yù)壓緊接觸應(yīng)力，聚氨酯密封膠膠筒與套管內(nèi)賠接觸面的接觸應(yīng)力一定大于壓裂壓力，能對(duì)聚氨酯密封膠膠筒上下的環(huán)空形成有效密封，并自動(dòng)適應(yīng)流體壓力的變化。

雙聚氨酯密封膠膠筒密封的有限元模擬分析

        根據(jù)上節(jié)的分析可知，聚氨酯密封膠膠筒軸向受壓后產(chǎn)生徑向變形，在套管內(nèi)賠與橋塞，心管間的環(huán)空處形成密封。以下通過(guò)有限元模擬，先對(duì)由等硬度雙聚氨酯密封膠膠筒和隔環(huán)組成的環(huán)空密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，研究一次坐封時(shí)聚氨酯密封膠膠筒與套管內(nèi)賠間的接觸應(yīng)力。

聚氨酯密封膠膠筒材料的設(shè)定

        聚氨酯密封膠膠筒的材質(zhì)為橡膠類材料，其力學(xué)性能受溫度影響很大，故不能忽略溫度的影響。橡膠類材料屬于高度非線性材料，用理論分析手段去進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，很難得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。而有限元分析在解決這類非線性問(wèn)題上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，故本文采用ABAQUS的超彈性材料模擬聚氨酯密封膠膠筒。

        橡膠材料不能簡(jiǎn)單地用彈性模量來(lái)描述其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而應(yīng)采用應(yīng)變能函數(shù)的形式來(lái)表達(dá)。對(duì)于超彈性材目前有多種數(shù)學(xué)模型可以采用。考慮到聚氨酯密封膠膠筒在工作過(guò)程，的變形較大，不宜采用一次和二次函數(shù)來(lái)模擬，故本文采用Yeoh三次函數(shù)來(lái)模擬聚氨酯密封膠膠筒的材料力學(xué)行為。

        Yeoh模型的表達(dá)式為:根據(jù)相關(guān)研究資料，對(duì)于不同硬度的橡膠，3個(gè)數(shù)CCZo和C在不同溫度下的取值可依據(jù)表1選取。上、下聚氨酯密封膠膠筒采用同樣的邵氏硬度為90橡膠材料，選取在70 ℃下的參數(shù)進(jìn)行有限元分析。假設(shè)材料完全不可壓縮，彈性體積比，可忽略表達(dá)式的第2部分，在軟件將D均設(shè)置為0。為便于分析管、套管、上下防突出保護(hù)裝置均簡(jiǎn)化為剛體。http://www.zjdbfw.com/