2。利用簡化模型，可求出泵閥關閉時刻閥盤的速度為﹣19.3676m/s，加速度為﹣33476.65m/s2。
以簡化模型得到的關閉時刻閥盤的速度和加速度作為運動邊界條件，利用 ANSYS/LS—DYNA 軟件構建泵閥的三維模型，模擬閥盤沖擊閥座的過程。按泵閥的實際尺寸建立泵閥整體模型，省略密封圈，根據鉆并泵閥實際工況設置材料屬性及幾何約束條件，采用 8 結點六面體單元進行網格化劃分，建立模型，剖視圖如圖 l 所示。
圖 1 泵閥三維模型剖視圖
應用動力學理論分析處理碰撞、滑動接觸界面問題，得到錐角 45 °、7 #閥閥盤在閉合階段產生最大局部應力時的應力分布圖，如圖 2。
圖 2 閥盤應力分布圖
由圖 2 得到閥盤在沖擊閥座的過程中，產生的最大局部集中應力為 0.955×109Pa，從而可知泵閥錐面下端應力集中區域承受的脈動循環載荷 0.955×109Pa，周期為 0.5s（泵閥的沖次為 120 次／min)，如圖 3。
圖 3 錐面下端應力集中區域受力形式
在脈動循環應力作用下，錐面下端應力集中區域更易形成疲勞裂紋，使泵閥的疲勞強度顯著降低，這一點與閥座失效的宏觀形貌中錐面下部發生嚴重塑性變形的現象完全吻合。可見，泵閥沖擊時應力集中引起的沖擊疲勞是泵閥失效的主要原因。
本文采用三維幾何實體模型代替文獻中的二維平面模型，將各種類型動力載荷施加到結構模型的特定受載部分，模擬真實碰撞過程。利用 ANSY/LS—DYNA 軟件有限元顯式非線性動力分析求解程序，計算得到更加精確的應力解，并且對應力分布的方位有更加直觀的認識。
2 泵閥材料的S-N曲線
鉆井泵閥的制造材料廣泛采用40Cr鋼，40Cr鋼屬低合金中碳結構鋼，經調質處理后，具有可塑性好、疲勞強度高、缺口敏感性低、低溫沖擊韌性優良等特性。力學性能見表1。
| σb/MPa | σ0.2/MPa | δs/％ | ψ％ |
|---|---|---|---|
1080 | 950 | 18.0 | 58.0 |
文獻給出了 40Cr 鋼光滑試樣在 105~1010 循環周次范圍內的疲勞壽命（S-N）曲線，如圖 4 所示。
圖4 40Cr鋼S-N曲線
在 105~108周次范圍內，疲勞曲線可用 Basquin 方程式描述：
式中σa——疲勞載荷應力幅；
Nf——σa作用下發生疲勞破壞時的載荷循環周次；
σ'f——疲勞強度系數；
b——疲勞強度指數或 Basquin 指數。
將實驗結果擬合得到 40Cr 鋼 S-N 曲線的 Basquin 方程為：
