專利名稱：一種非api螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺紋密封面優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體地來(lái)說(shuō)為一種非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
伴隨著高壓氣井勘探開(kāi)發(fā)的不斷發(fā)展，具備氣密封能力的非API螺紋油套管得到了愈加廣泛的應(yīng)用，API (American Petroleum Institute)是美國(guó)石油學(xué)會(huì)的縮寫,滿足美國(guó)石油學(xué)會(huì)的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)油套管稱為API標(biāo)準(zhǔn)油套管,API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品包括油管、套管、鉆桿、鉆挺、管線管等，API標(biāo)準(zhǔn)螺紋的油、套管在石油工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已有幾十年之久， 至今仍起著十分重要的作用。但是，隨著深井、超深井、高溫高壓等苛刻井況的大量出現(xiàn)，非 API標(biāo)準(zhǔn)的特殊扣螺紋油、套管的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，并在石油管材的使用中占據(jù)越來(lái)越大的比例。對(duì)于通常采用的非API螺紋金屬對(duì)金屬密封結(jié)構(gòu)而言，油套管柱密封完整性的保證依賴于其密封面在各種復(fù)雜工況下始終保持較高的嚙合接觸壓力，因此密封面設(shè)計(jì)是非API螺紋設(shè)計(jì)中的核心部分。傳統(tǒng)的密封面設(shè)計(jì)主要憑借經(jīng)驗(yàn)和類比，通過(guò)多次的油套管氣密封實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合反復(fù)再設(shè)計(jì)確定方案，設(shè)計(jì)過(guò)程的盲目性和偶然性降低了設(shè)計(jì)質(zhì)量、增加了設(shè)計(jì)成本。將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于工程實(shí)際問(wèn)題可顛覆性的改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和過(guò)程。經(jīng)文獻(xiàn)檢索分析，發(fā)現(xiàn)一種非支配排序遺傳算法(源于Kalyanmoy Deb, Amrit Pratap, Sameer Agarwal，A fast and elitist multi-objective genetical gorithm NSGA-II，IEEE Transactions on Evolutionary Computaion，2002，6 (2) : 182-197)，該方法的特點(diǎn)為一種基于Pareto策略的多目標(biāo)遺傳算法，一般來(lái)說(shuō)，多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題并不存在一個(gè)最優(yōu)解，所有可能的解都稱為非劣解，也稱為Pareto解。傳統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)一般每次能得到Pareo解集中的一個(gè),而用遺傳算法來(lái)求解，可以得到更多的Pareto解,甚至是整個(gè)的解都成為Pareto解,這些解構(gòu)成了一個(gè)最優(yōu)解集,稱為Pareto最優(yōu)解.它是由那些任一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值的提高都必須以犧牲其他目標(biāo)函數(shù)值為代價(jià)的解組成的集合，稱為Pareto最優(yōu)域，簡(jiǎn)稱Pareto集，又稱為有效解。該方法通過(guò)隨機(jī)生成父代種群，以特定的虛擬適應(yīng)度值表示，進(jìn)行復(fù)制、雜交、變異等遺傳運(yùn)算生成大量子代種群，利用精英策略構(gòu)造新種群，不斷重復(fù)循環(huán)實(shí)現(xiàn)求解最優(yōu)值。其虛擬適應(yīng)度評(píng)估過(guò)程僅通過(guò)非支配排序獲得并評(píng)估所有遺傳個(gè)體的Pareto排序值從而不斷接近最優(yōu)解集前沿，而不能評(píng)估不同級(jí)別個(gè)體周圍的種群密度信息，從而有時(shí)會(huì)出現(xiàn)優(yōu)化趨勢(shì)不同的個(gè)體仍然具有相同的繁殖后代機(jī)會(huì)，這樣就降低了優(yōu)化效率。另外，對(duì)于解決基于復(fù)雜工程案例構(gòu)造的龐大多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，尤其對(duì)于目標(biāo)函數(shù)不能直接由設(shè)計(jì)變量解析得到的優(yōu)化問(wèn)題，該方法訴諸大量的遺傳運(yùn)算從而使設(shè)計(jì)效率大大降低，不適應(yīng)于非API螺紋密封面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非 API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法用于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本。
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本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下的步驟(I)基于響應(yīng)面法建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，包括以多個(gè)典型極限工況載荷點(diǎn)的密封面密封性定量要求構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以非均勻B樣條曲線描述內(nèi)、外螺紋的密封面形狀， 以非均勻B樣條曲線的特征多邊形控制頂點(diǎn)坐標(biāo)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以油套管密封面直徑參數(shù)范圍要求以及滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求確定優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件，運(yùn)用有限元數(shù)值模擬建立密封面密封性目標(biāo)函數(shù)和不同密封面形狀設(shè)計(jì)變量之間的聯(lián)系，即通過(guò)大量的數(shù)值模擬構(gòu)造一系列用于評(píng)估響應(yīng)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)；(2)采用基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)建立的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，求出Pareto最優(yōu)解集合；(3)從油套管實(shí)際服役工況條件出發(fā)，根據(jù)具體的適用性設(shè)計(jì)要求選擇最優(yōu)解。在上述方案中所述構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)滿足以多個(gè)典型極限載荷點(diǎn)的密封面實(shí)際接觸壓力與70%材料屈服強(qiáng)度之間的差值最小，即F(P) =min(P_70% σ s)式中，P為密封面實(shí)際接觸壓力，σ s為材料屈服強(qiáng)度；密封面形狀控制點(diǎn)的坐標(biāo)表示為(X，y)；進(jìn)一步地約束條件滿足兩個(gè)條件，條件(I)油套管密封面直徑參數(shù)范圍滿足Cl1 彡 d 彡 d2，D1 彡 D 彡 D2式中，d為外螺紋密封面最大直徑，Cl1為外螺紋密封面最大直徑的下限，d2為外螺紋密封面最大直徑的上限，D為內(nèi)螺紋密封面最小直徑，D1為內(nèi)螺紋密封面最小直徑的下限，D2為內(nèi)螺紋密封面最小直徑上限，d與D均可由曲線控制點(diǎn)坐標(biāo)表示；條件(2)滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求，即密封面接觸壓力需小于等于95%材料屈服強(qiáng)度，公式為P ( 95% O S。上述的技術(shù)方案中建立響應(yīng)面模型的主要步驟包括運(yùn)用有限元數(shù)值模擬建立不同密封面形狀設(shè)計(jì)變量和密封面密封性目標(biāo)函數(shù)之間的聯(lián)系，即通過(guò)大量的數(shù)值模擬構(gòu)造一系列用于評(píng)估響應(yīng)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)。選擇響應(yīng)面逼近函數(shù)模型，基于試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)造近似響應(yīng)曲面函數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和優(yōu)化計(jì)算。進(jìn)一步地本發(fā)明采用基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，求出Pareto最優(yōu)解集合，步驟具體為根據(jù)非支配排序遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想，過(guò)程包括遺傳編碼生成、隨機(jī)初始種群確定、適應(yīng)度評(píng)估以及選擇、交叉、變異等子代種群計(jì)算。其中適應(yīng)度評(píng)估過(guò)程中原有的算法采用Pareto排序策略，雖然可以通過(guò)非支配排序獲得并評(píng)估所有遺傳個(gè)體的Pareto排序值從而不斷接近最優(yōu)解集前沿，但是不能評(píng)估不同級(jí)別個(gè)體周圍的種群密度信息，從而有時(shí)會(huì)出現(xiàn)優(yōu)化趨勢(shì)不同的個(gè)體仍然具有相同的繁殖后代機(jī)會(huì)，這樣就降低了優(yōu)化效率。針對(duì)原算法的這一不足，基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)，即除了對(duì)個(gè)體的Pareto排序值進(jìn)行評(píng)估外，還通過(guò)引入個(gè)體變量和Pareto排序值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)評(píng)估優(yōu)化趨勢(shì)對(duì)個(gè)體周圍種群密度信息的敏感性，使個(gè)體的下代遺傳遠(yuǎn)離種群不活躍的區(qū)域，并減小適應(yīng)度評(píng)估值的偏差，增加了優(yōu)化迭代的可靠性和穩(wěn)健性， 從而減少遺傳運(yùn)算的次數(shù)，提高優(yōu)化計(jì)算效率。
進(jìn)一步地本發(fā)明根據(jù)求出的Pareto最優(yōu)解集合，從油套管實(shí)際服役工況條件出發(fā)，根據(jù)具體的適用性設(shè)計(jì)要求從Pareto最優(yōu)解集合中選擇最優(yōu)解。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)1，構(gòu)造含有多目標(biāo)、多變量和約束條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題開(kāi)展非API螺紋內(nèi)、外螺紋密封面形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證其在不同服役工況條件下始終保持要求的嚙合接觸壓力。這種全新的非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法面向油套管服役條件，有針對(duì)性的精確控制了螺紋接頭的密封完整性。2，本發(fā)明基于有限元數(shù)值模擬并運(yùn)用響應(yīng)面法建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，兼顧設(shè)計(jì)的精度和效率。3，本發(fā)明采用改進(jìn)的非支配排序遺傳算法，對(duì)所建立的優(yōu)化模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，求出Pareto最優(yōu)解集合。增加了計(jì)算過(guò)程的可靠性和穩(wěn)健性，并提高了計(jì)算效率。


圖I為本發(fā)明非API螺紋密封面結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的流程圖；圖3為本發(fā)明非API螺紋密封面油套管復(fù)合加載的載荷點(diǎn)示意圖；圖4為應(yīng)用本發(fā)明方法優(yōu)化后得到的密封面接觸應(yīng)力分布圖；附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下I、密封面，11、外螺紋，12、內(nèi)螺紋，2、非均勻B樣條曲線，3、特征多邊形頂點(diǎn)，21、 95%屈服應(yīng)力橢圓，22、100%屈服應(yīng)力橢圓。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。一種非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，主要包括如下的步驟(I)基于響應(yīng)面法建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的步驟包括以多個(gè)典型極限工況載荷點(diǎn)的密封面密封性定量要求構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以非均勻B樣條曲線描述內(nèi)、外螺紋的密封面形狀，以非均勻B樣條曲線的特征多邊形控制頂點(diǎn)坐標(biāo)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以油套管密封面直徑參數(shù)范圍要求以及滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求確定優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件，運(yùn)用有限元數(shù)值模擬建立密封面密封性目標(biāo)函數(shù)和不同密封面形狀設(shè)計(jì)變量之間的聯(lián)系，通過(guò)數(shù)值模擬構(gòu)造一系列用于評(píng)估目標(biāo)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)；(2)采用基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)建立的所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，求出Pareto最優(yōu)解集合；(3)從油套管實(shí)際服役工況條件出發(fā)，根據(jù)具體的適用性設(shè)計(jì)要求選擇最優(yōu)解。上述步驟(I)還包括根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)基于試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)造近似響應(yīng)曲面函數(shù)，并對(duì)響應(yīng)曲面函數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和優(yōu)化計(jì)算。上述步驟(2)中基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)建立的所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化包括適應(yīng)度評(píng)估過(guò)程中對(duì)個(gè)體的Pareto排序值進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)通過(guò)引入個(gè)體變量和Pareto排序值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)評(píng)估優(yōu)化趨勢(shì)對(duì)個(gè)體周圍種群密度信息的敏感性。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明實(shí)施例如圖I所示，為采用本發(fā)明非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法于一種非API螺紋密封面結(jié)構(gòu)圖，其中外螺紋11、內(nèi)螺紋12的金屬對(duì)金屬密封面相嚙合后，應(yīng)保持一定的過(guò)盈接觸壓力。用非均勻B樣條曲線2描述密封面I的形狀，以描述內(nèi)外螺紋密封面形狀的非均勻B樣條曲線的控制點(diǎn)坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量(提取樣條曲線的特征多邊形頂點(diǎn)3的坐標(biāo))作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。內(nèi)、外螺紋分別采用4個(gè)控制點(diǎn)為例，即內(nèi)螺紋采用dl (xl，yl)，d2(x2, y2)，d3(x3, y3)，d4(x4, y4)作為控制點(diǎn)，外螺紋采用 d5(x5, y5)，d6(x6, y6)，d7 (x7, y7)， d8 (x8,y8)作為控制點(diǎn)。圖2為本發(fā)明方法的流程圖，采用非均勻B樣條曲線描述內(nèi)、外螺紋的密封面形狀，本實(shí)施例中選用能控制其形狀的4個(gè)特征多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量(對(duì)應(yīng)步驟S21)。針對(duì)油套管在不同拉伸、壓縮和內(nèi)壓復(fù)合加載時(shí)95% Mises屈服應(yīng)力載荷點(diǎn)的密封面接觸壓力設(shè)計(jì)要求(即密封面實(shí)際接觸壓力與70%材料屈服強(qiáng)度之間的差值最小)作為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。如圖3所示，本發(fā)明非API螺紋油套管復(fù)合加載的載荷點(diǎn)示意圖， 95%屈服應(yīng)力橢圓21，100%屈服應(yīng)力橢圓22，對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)密封面結(jié)構(gòu)的油套管在實(shí)際工況中通常承受的拉伸、壓縮和內(nèi)壓復(fù)合加載條件的載荷點(diǎn)I至6(此典型極限載荷點(diǎn)選取參考 《IS013679-2002石油和天然氣工業(yè)套管和油管連接的測(cè)試程序》)時(shí)的密封接觸壓力要求構(gòu)造6個(gè)目標(biāo)函數(shù)(對(duì)應(yīng)步驟S22)。根據(jù)幾何和接觸壓力范圍多邊界約束條件定義約束條件(對(duì)應(yīng)步驟S23)，優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件為油套管密封面直徑參數(shù)范圍要求，即外螺紋密封面最大直徑d和內(nèi)螺紋的密封面最小直徑D滿足其下限、上限范圍要求，即(I1 ^ d ^ d2, D1 ^ D ^ D2式中，d為外螺紋密封面最大直徑，Cl1為外螺紋密封面最大直徑的下限，d2為外螺紋密封面最大直徑的上限，D為內(nèi)螺紋密封面最小直徑，D1為內(nèi)螺紋密封面最小直徑的下限，D2為內(nèi)螺紋密封面最小直徑上限；另一個(gè)約束條件為滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求，即密封面接觸壓力需小于等于 95%材料屈服強(qiáng)度，表達(dá)式P ^ 95% σ s。上述步驟中對(duì)應(yīng)的密封面樣條曲線描述多優(yōu)化設(shè)計(jì)變量定義(步驟S21)、密封面接觸壓力多目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造(步驟S22)以及幾何和接觸壓力范圍多邊界約束條件施加(步驟S23)之間并無(wú)先后邏輯上的順序。接下來(lái)根據(jù)上述建立的目標(biāo)函數(shù)以及約束條件運(yùn)用有限元數(shù)值進(jìn)行模擬建立不同密封面形狀設(shè)計(jì)變量和密封面密封性目標(biāo)函數(shù)之間的聯(lián)系，即通過(guò)大量的數(shù)值模擬構(gòu)造一系列用于評(píng)估響應(yīng)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)(對(duì)應(yīng)步驟S24)。選取適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)面逼近函數(shù)模型即運(yùn)用響應(yīng)面方法的運(yùn)用(對(duì)應(yīng)步驟S25)，基于試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)造近似響應(yīng)曲面函數(shù)即根據(jù)有限元數(shù)值建立的評(píng)估響應(yīng)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型(對(duì)應(yīng)步驟S26)并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和后續(xù)優(yōu)化計(jì)算。對(duì)建立的多目標(biāo)、多設(shè)計(jì)變量及約束條件的優(yōu)化模型，采用改進(jìn)的非支配排序遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算本實(shí)施例中采用改進(jìn)的NSGA-II求解(對(duì)應(yīng)步驟S27)。其中改進(jìn)的適應(yīng)度評(píng)估過(guò)程中，采用6σ水平穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法對(duì)不同級(jí)別個(gè)體周圍的種群密度信息進(jìn)行評(píng)估，使個(gè)體的下代遺傳遠(yuǎn)離種群不活躍的區(qū)域，減小適應(yīng)度評(píng)估值的偏差，增加優(yōu)化迭代的可靠性和穩(wěn)健性。優(yōu)化計(jì)算求解得到Pareto最優(yōu)解集合(對(duì)應(yīng)步驟S28), Pareto最優(yōu)解集合包括了不同工況條件下的Pareto最優(yōu)解，實(shí)際運(yùn)用過(guò)程當(dāng)中設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體的非API油套管實(shí)際服役工況適用性設(shè)計(jì)要求(例如，選用油套管的抗內(nèi)壓、拉伸等承載能力對(duì)不同的井深、氣層壓力等工況適用性的不同設(shè)計(jì)要求)選擇最優(yōu)解(對(duì)應(yīng)步驟S29)。如圖4所示，根據(jù)某種工況優(yōu)化后得到的密封面接觸應(yīng)力分布圖，由圖中可看出在承載條件下密封面和臺(tái)肩接觸部位均保持有較理想的壓應(yīng)力。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下的步驟(1)基于響應(yīng)面法建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，所述建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的步驟包括以多個(gè)典型極限工況載荷點(diǎn)的密封面密封性定量要求構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以非均勻B樣條曲線描述內(nèi)、外螺紋的密封面形狀，以非均勻B樣條曲線的特征多邊形控制頂點(diǎn)坐標(biāo)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以油套管密封面直徑參數(shù)范圍要求以及滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求確定優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件，運(yùn)用有限元數(shù)值模擬建立密封面密封性目標(biāo)函數(shù)和不同密封面形狀設(shè)計(jì)變量之間的聯(lián)系，通過(guò)數(shù)值模擬構(gòu)造一系列用于評(píng)估目標(biāo)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)；(2)采用基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)建立的所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，求出Pareto最優(yōu)解集合；(3)從油套管實(shí)際服役工況條件出發(fā)，根據(jù)具體的適用性設(shè)計(jì)要求選擇最優(yōu)解。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所示的非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟⑴中建立基于響應(yīng)面法的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型具體為所述構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)滿足以多個(gè)典型極限載荷點(diǎn)的密封面實(shí)際接觸壓力與70%材料屈服強(qiáng)度之間的差值最小，即F(P) = min(P-70% σ J式中，P為密封面實(shí)際接觸壓力，σ s為材料屈服強(qiáng)度；密封面形狀控制點(diǎn)的坐標(biāo)用(X，y)表示；所述約束條件包括(I)油套管密封面直徑參數(shù)范圍滿足Cl1彡d彡d2，D1彡D彡D2式中，d為外螺紋密封面最大直徑，Cl1為外螺紋密封面最大直徑的下限，d2為外螺紋密封面最大直徑的上限，D為內(nèi)螺紋密封面最小直徑，D1為內(nèi)螺紋密封面最小直徑的下限，D2 為內(nèi)螺紋密封面最小直徑上限；(2)根據(jù)滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求，密封面接觸壓力需小于等于95%材料屈服強(qiáng)度,公式為P 彡 95% σ s。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所示的非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(I)還包括根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)基于試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)造近似響應(yīng)曲面函數(shù)，并對(duì)響應(yīng)曲面函數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和優(yōu)化計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所示的非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟⑵中所述基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)建立的所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化包括適應(yīng)度評(píng)估過(guò)程中對(duì)個(gè)體的Pareto排序值進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)通過(guò)引入個(gè)體變量和 Pareto排序值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)評(píng)估優(yōu)化趨勢(shì)對(duì)個(gè)體周圍種群密度信息的敏感性。全文摘要
本發(fā)明涉及一種非API螺紋密封面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以多個(gè)典型極限工況載荷點(diǎn)的密封面密封性定量要求構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以非均勻B樣條曲線描述內(nèi)、外螺紋的密封面形狀，以非均勻B樣條曲線的特征多邊形控制頂點(diǎn)坐標(biāo)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以油套管密封面直徑參數(shù)范圍要求以及滿足密封面接觸過(guò)盈上限要求確定優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的約束條件，運(yùn)用有限元數(shù)值模擬建立密封面密封性目標(biāo)函數(shù)和不同密封面形狀設(shè)計(jì)變量之間的聯(lián)系，通過(guò)數(shù)值模擬構(gòu)造用于評(píng)估響應(yīng)函數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，構(gòu)建優(yōu)化模型，采用基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，求出Pareto最優(yōu)解集合。通過(guò)本發(fā)明方法有針對(duì)性的精確控制了螺紋接頭的密封完整性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102609566SQ201210008760
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者馮春, 劉文紅, 宋生印, 李磊, 王鵬, 申昭熙, 胡美娟 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所