基于热老化实验的螺杆马达定子橡胶本构模型研究

随着我国油气资源勘探开发向深部地层迈进，螺杆钻具定子橡胶井下高温热老化问题日益凸显，导致螺杆钻具输出性能衰减，严重影响钻进效率，迫切需要揭示热老化对螺杆钻具定子橡胶力学性能的影响，以在设计之初提出可减小螺杆钻具输出性能衰退的综合方案。本文开展了螺杆马达定子橡胶在不同温度下的热老化实验，通过拉伸实验得出应力应变数据并拟合出Mooney-Rivlin模型常数和Yeoh模型常数；再对所得实验数据及所求得的模型常数数据进行分析；最后，使用确定了基本常数的模型开展了数值计算。计算结果表明，随着温度的上升，Mooney-Rivlin模型常数C1增大、C2减小，C1和C2呈明显相反变化的趋势，Yeoh模型常数C10和C20增大，C30减小；通过模型计算结果与室内实验测定结果的对比，证明了Mooney-Rivlin模型较Yeoh模型更适合于螺杆马达定子橡胶的力学分析。不考虑环境温度热老化和考虑环境温度热老化，螺杆钻具定子衬套的计算结果存在很大差别，研究工作不仅证明了螺杆钻具定子橡胶热老化研究的必要性，更为螺杆钻具定子橡胶的线型设计和过盈量选取提供了参考