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基于正交切削逆识别井下管柱的Johnson-Cook本构模型

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在有限元仿真金属切削过程中,本构模型是仿真的基础,目前井下生产管柱J55油管材料的本构模型参数尚不明确,为此,提出一种基于正交切削理论逆识别油管材料Johnson-Cook(J-C)本构模型参数的方法。首先,通过准静态拉伸试验得到油管材料的应力-应变曲线,根据曲线拟合确定J55油管的初始屈服强度A、应变硬化系数B和应变硬化因子n;其次,通过正交切削试验获得切削力以及进给力,根据正交切削试验和平行剪切区模型,计算正交切削过程主剪切区中的流动应力、应变、应变率以及切削温度,并将这些参数与计算出的A、B、n代入J-C模型中,得到多组应变率敏感性参数C以及热软化效应参数m,从而确定其约束范围;第三,采用自适应权重粒子群算法在约束范围中搜索出参数C和m的最优值,进而确定J55油管材料本构模型参数;最后,使用逆识别法得出的J-C本构模型进行有限元仿真,将仿真结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:与试验相比,有限元仿真的切削力和进给力最大相对误差分别为14。4%和13。64%,有限元仿真模拟温度与实际测量温度的最大相对误差为10。57%,仿真模型和实际切削过程在切屑形态上表现出了一致规律,验证了逆识别方法可行性和本构模型的可靠性。

祝效华、周博文、敬俊、叶文勇、田洋、倪宗清

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西南石油大学机电工程学院,四川成都,610500

中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院,陕西西安,710018

低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安,710018

J55油管 本构模型 逆向识别 正交切削 有限元仿真

国家自然科学基金国家自然科学基金四川省自然科学基金

520340065200423023NSFSC2101

2024

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中南大学学报(自然科学版)
中南大学

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CSTPCD北大核心
影响因子:0.938
ISSN:1672-7207
年,卷(期):2024.55(3)
祝效华,周博文,敬俊,等.基于正交切削逆识别井下管柱的Johnson-Cook本构模型[J].中南大学学报(自然科学版),2024,55(3):939-950.DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2024.03.009.
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