高功率压裂泵液缸自增强压力优化与残余应力场寿命评估
姚孔
兰州资源环境职业技术大学 智能制造学院,兰州 730022;兰州资源环境职业技术大学 甘肃省应急与高危环境感知协同控制特种机器人行业技术中心,兰州 730022;兰州资源环境职业技术大学 工业和信息化部软件与集成电路促进中心机器人典型场景中试验证基地,兰州 730022
摘要：[目的]为提升高功率压裂泵液缸在超高压交变脉冲载荷下的疲劳寿命,基于厚壁圆筒自增强机制,建立自增强残余应力与液缸疲劳寿命的定量关联分析方法.[方法]首先,依据允许最大自增强压力取最小值,设计6个压力等级的自增强工艺参数,建立5 000 HP型压裂泵液缸三维模型,为后续有限元仿真分析提供几何基础;其次,开发液缸有限元模型,结合Ansys软件和Miner线性累积损伤法则,模拟不同自增强压力下的残余应力分布规律及工作载荷叠加效应,并计算疲劳寿命安全系数;然后,采用X射线衍射法和应变片法分别检测残余应力与叠加应力,验证仿真结果的有效性;最后,通过现场压裂作业试验,对比自增强处理前、后液缸的疲劳寿命.[结果]结果表明,当自增强压力为430 MPa时效果最优,仿真所得液缸内壁残余压应力达723 MPa,工作状态下内壁最大合成应力降低51％,疲劳寿命安全系数提升至自增强前的2.05倍;试验测得最佳残余应力为732.1 MPa,最佳叠加工作应力为335.5 MPa;现场作业试验验证,自增强处理后液缸疲劳寿命较未处理时延长2.4倍.
关键词：液缸厚壁圆筒自增强残余应力疲劳寿命
分类号：TH122(机械设计、计算与制图)
论文发表日期：2026-08-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 116-127 )
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