Математическая модель распределения контактных давлений в уплотнительном узле премиальных резьбовых соединений

539.3

теория контактного взаимодействия; цилиндрическая оболочка; радиальное уплотнение типа «металл-металл»; премиальное резьбовое соединение

В статье разработан аналитический подход к определению закона распределения контактных давлений в зоне радиального уплотнения премиальных резьбовых соединений, основанный на положениях теории контактных задач упругости и общей теории тонкостенных цилиндрических оболочек вращения. Актуальность исследования связана с необходимостью обеспечения требуемого уровня герметичности и эксплуатационной надежности соединений класса «Премиум», применяемых при строительстве нефтегазовых скважин. Построение аналитической модели осуществляется на основе системы допущений, позволяющих получить расчетные соотношения для определения распределения контактных давлений вдоль уплотнительного сопряжения герметизирующего узла. В расчетной постановке учитываются геометрия контактирующих тел, величина радиального натяга, а также упругие постоянные материалов взаимодействующих элементов. В качестве примера для проверки применимости предложенная расчетная схема рассматривается премиальное резьбовое соединение OMK VEGA со сферической геометрией уплотнительной поверхности. Верификация аналитического решения выполнена путём сопоставления с результатами численного моделирования процесса сборки соединения в осесимметричной постановке методом конечных элементов. Также показано отсутствие влияние радиального натяга в резьбе на прогибы уплотнительного узла соединения. Получено удовлетворительное совпадение эпюр контактных давлений, что подтверждает адекватность принятых предположений и применимость разработанной модели. Предложенный аналитический инструмент может использоваться на стадии предварительного проектирования для оценки влияния конструктивных параметров на уровень контактных давлений и условия обеспечения герметичности. Кроме того, данный подход представляет интерес для решения более общего класса осесимметричных контактных задач теории упругости, связанных с радиально нагруженными оболочками вращения.

Исследование выполнено по теме государственного задания (государственный регистрационный номер 124012500437-9).

Поступила: 01.02.2026; Принята: 10.04.2026; Опубликована: 01.07.2026

75-81