基于疲劳寿命模型的压力容器疲劳分析

含缺陷压力容器的疲劳分析是石油化工行业的一个重要课题,通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素及使用疲劳寿命模型,讨论了裂纹尺寸的计算方法。考虑压力容器所承受载荷、材料断裂韧度及裂纹尺寸等参数,使用一次二阶矩法和Monte Carlo法,得出了在一定可靠度下的疲劳裂纹扩展寿命,计算了一定使用寿命时结构的失效概率,比较了不同初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。算例表明,此方法可为含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据。     

海底管道的疲劳寿命分析

分析了影响裂纹扩展寿命的多个随机因素，推导了海底管线裂纹疲劳寿命计算公式。考虑了管跨所承受载荷、裂纹尺寸、材料断裂韧性等参数，使用MonteCarlo法疲劳寿命模型对海底管道进行疲劳寿命可靠性计算．比较了不同裂纹尺寸对疲劳寿命的影响，编写了计算机应用程序，算例表明它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。     

海底管道的疲劳寿命分析

分析了影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,推导了海底管线裂纹疲劳寿命计算公式。考虑了管跨所承受栽荷、裂纹尺寸、材料断裂韧性等参数,使用Monte Carlo法疲劳寿命模型对海底管道进行疲劳寿命可靠性计算.比较了不同裂纹尺寸对疲劳寿命的影响,编写了计算机应用程序,算例表明它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。     

基于可靠性理论的钻柱疲劳寿命预测

钻井过程中极易发生钻柱疲劳失效事故,不仅影响钻进速度,而且大大降低了钻井效益,因此准确预测钻柱的疲劳寿命,对于提高钻柱的安全可靠性、减少钻井事故的发生具有重要意义。根据钻柱疲劳裂纹的扩展与钻柱的应力状态有关,首先对钻柱进行了应力状态分析,并进行了等效应力合成。在应力分析的基础上,结合可靠性理论,确定了影响钻柱疲劳裂纹寿命的随机性参数:钻压、转盘转速以及疲劳裂纹初始长度。结合Form an模型建立了钻柱I、III复合型疲劳裂纹扩展速率的计算模型。算例分析表明,该模型能够计算相应可靠度下钻柱疲劳裂纹的循环寿命,且计算结果与现场钻柱的使用寿命比较接近,能够满足现场钻井工程的精度要求。该模型具有一定的实用性,为钻柱疲劳寿命的准确预测提供了理论依据。     

海洋平台焊接构件的安全裂纹扩展寿命研究

低温环境下海洋平台构件的安全裂纹扩展寿命,是冬季海洋平台构件安全检测与可靠性评定的基础。利用概率统计的方法,得出了在小样本试验条件下,当疲劳裂纹扩展寿命服从对数正态分布时安全寿命与中值试验寿命之间的关系式。在1000kN的MTS电液司服材料试验机上,测定在-25℃环境下,海洋平台用钢(A131)焊接构件试样在拉拉疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率。利用对数裂纹扩展寿命标准差的经验取值,得出海洋平台焊接构件对应一定置信度下不同安全概率的低温疲劳裂纹扩展寿命。     

拉伸作用下轴疲劳长裂纹扩展寿命分析

考察了拉伸作用下不同类型表面裂纹模型(圆弧裂纹、椭圆裂纹和直裂纹)应力强度因子对轴疲劳长裂纹扩展寿命的影响,认为在计算具有表面裂纹轴类构件的疲劳寿命时,把裂纹处理为受深度比、纵横比2参数控制的椭圆裂纹比处理为仅受深度比控制的圆弧裂纹和直裂纹更加合理。在计算过程中,针对断裂韧度、裂纹扩展速率参数等的不确定性,按照它们各自的随机分布特征,应用Monte Carlo法分别对其进行抽样,采用Paris公式计算了轴寿命。     

含缺陷油气管道剩余疲劳寿命的预测

采用Paris公式计算分析了含轴向表面裂纹油气输送管的疲劳裂纹扩展过程 ,通过含缺陷油气输送管的全尺寸实物疲劳试验 ,对所采用的含缺陷管道疲劳寿命预测方法的计算结果做了实验验证 ,结果表明 ,含缺陷管道的疲劳寿命数值计算结果与实物试验结果基本吻合 ,采用Paris公式以及Zahoor等提出的管道表面裂纹尖端应力强度因子表达式进行油气输送管道的疲劳寿命计算分析是可行的。由分析和计算得知 ,含表面裂纹缺陷钢管疲劳加载周期为 1465次 ,考虑安全裕度 ,其剩余疲劳寿命约为 2 0a。含外表面裂纹疲劳扩展过程分为疲劳裂纹稳定扩展和疲劳裂纹快速失稳扩展两个阶段 ,前者的扩展周期较长 ,后者的扩展周期相对较短。     

管端推力（矩）引起的焦炭塔堵焦阀接管焊缝的变幅值热疲劳研究

根据非均匀应力场中带角焊缝钢结构应力强度因子的计算方法和Ｗｈｅｅｌｅｒ超载模型，编写出疲劳寿命计算程序。用它计算了在１７级温度谱载下管端推力（矩）引起的焦炭塔堵焦阀接管焊缝的变幅值热疲劳裂纹扩展寿命，对不同的初始裂纹作了疲劳寿命预测，并与仅受轴向、径向温差及接管温差载荷作用下的等幅值疲劳寿命相比较，证明前者是导致裂纹扩展的主要原因     

高压油气输送管道疲劳寿命预测研究

通过对X60和X80钢级埋弧焊管疲劳裂纹扩展试验的研究,分析了不同钢级及应力比对埋弧焊管裂纹扩展速率的影响,并模拟停输工况对X80级准1 219 mm×22.0 mm埋弧焊管的疲劳寿命进行了分析计算。研究结果表明,应力比和钢管材料本身抗裂纹扩展能力对裂纹扩展速率有明显的影响。在单一模拟工况下,X80级准1 219 mm×22.0 mm埋弧焊管疲劳寿命为76年,有足够的疲劳寿命安全裕度。     

管道含外表面裂纹时的疲劳寿命预测研究

为有效预测含外表面裂纹管道的疲劳裂纹扩展寿命,基于扩展有限元方法,计算了不同管道半径厚度比、裂纹形状参数、裂纹相对深度下的管道外表面裂纹的应力强度因子。研究结果表明:管道外表面裂纹形状因子随裂纹相对深度的增加而增大,且随着裂纹形状参数的增大,其增加趋势更加显著;裂纹相对深度相同时,裂纹形状参数越大,裂纹形状因子越大;管道半径厚度比对管道外表面半椭圆裂纹形状因子的影响较小。在此基础上,建立了管道外表面裂纹应力强度因子的工程计算模型及基于Forman方程的含外表面裂纹管道的疲劳寿命预测模型。同时,开展了0Cr18Ni10Ti材料管道的三点弯曲疲劳试验,试验结果验证了所建含外表面裂纹管道疲劳寿命预测模型的有效性。该疲劳寿命预测模型可为管道结构工程设计提供参考。     

压力容器的概率局部应力应变疲劳分析’

压力容器构件的不确定因素造成了构件局部应力应变响应和疲劳寿命具有随机性。将循环迟滞回线和应变寿命曲线表示为概率曲线,并考虑累积损伤的随机性,反映了构件的不确定性。使用Taylor多项式计算局部应力应变的均值和方差,求出了构件疲劳萌生寿命的均值和方差。计算了一定可靠性下的疲劳萌生寿命,得出了在一定使用寿命时结构的可靠度曲线。算例表明,它可用于疲劳寿命的可靠性估算,具有工程意义。     

半潜式平台关键连接结构节点形式对疲劳强度的影响

以第七代半潜式钻井平台立柱与甲板盒连接结构为研究对象,给出3种能够改善立柱与甲板盒连接结构疲劳性能的设计方案,采用谱疲劳分析方法对3种改进的连接结构进行疲劳强度分析,并对关键区域肘板疲劳损伤对海况、浪向的敏感性进行分析,总结不同连接结构节点形式和焊接方式对疲劳寿命的影响,给出符合设计要求的较优的设计方案,为第七代超深水半潜式钻井平台立柱与甲板盒连接位置结构的设计提供依据与参考。     

渤海平台构件疲劳分析的新方法

我国渤海的海冰对海上结构物的作用力,较波浪力尤为重要.海冰作用下,平台管节点构件承受的应力与海冰的破坏形式密切相关.海冰的破坏形式主要有挤压、屈曲、弯曲等.过去在计算应力时,只是按照一种破坏形式;本文综合起来考虑几种破坏形式并存.现有规范中,未给出低温冰载荷作用下的海洋结构用钢的疲劳寿命曲线,本文根据石油大学进行低温随机冰载作用下疲劳裂纹扩展试验的结果,给出了疲劳寿命曲线及其参数.在上述基础上,文章提出了管节点疲劳寿命计算的一种新方法.     

换热器壳体结构的疲劳可靠性估算

针对换热器的失效分析,考虑几种主要参数的不确定性和随机性,应用蒙特卡罗模拟法抽样计算了服从某种特定分布的随机变量.利用数值积分法编制了计算机程序,分别求出一定可靠度和置信度下的疲劳寿命,并与传统方法计算的结果进行了比较.比较了不同初始裂纹尺寸和断裂韧性对疲劳寿命的影响,并给出了算例.分析结果表明,该法具有较高的应用价值和工程意义.     

西气东输二线X80钢管焊缝疲劳寿命分析

输气管道运行过程中,输气量的变化会导致管道承受一定的波动压力,造成管道发生疲劳损伤,从而威胁管道的安全。通常在管材疲劳寿命测试和分析中尚未考虑置信度和安全概率的要求,不能完全满足管道可靠性评估的需要。为此,通过对管道焊缝材料进行疲劳实验,采用单边容限分析方法,同时考虑安全概率和置信度要求,建立了不同安全概率下西气东输二线X80钢管焊缝的疲劳寿命曲线;根据管道输气量不均匀系数,建立了管道的应力谱;在此基础上利用损伤累计原理评估了西气东输二线管道焊缝疲劳可靠性寿命。计算结果表明,在设计寿命周期内,西气东输二线管道不会发生疲劳破坏。该方法可以为管道疲劳寿命分析和可靠性评估提供依据,具有一定的工程应用价值。     

套管钻井多轴疲劳试验与可靠性研究

根据套管钻井中套管柱承受的载荷状况,借助现有的技术水平和手段,首先进行了套管试件的拉-拉单轴高周疲劳试验,通过相关的试验数据获得了套管试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其统计分布,为进一步获得试件的基于概率的等效P-S-N曲线奠定基础。然后通过拉压-扭转双轴循环复合疲劳试验,验证了等效P-S-N曲线的正确性。最后根据P-S-N曲线,采用有限元疲劳分析软件,进行典型工况下套管的疲劳可靠性分析,计算得到套管体中的最大等效循环应力,并据此计算出要求可靠度(或存活率)下套管的疲劳寿命,再由钻井周期得到套管疲劳的剩余寿命。     

考虑检修的结构动态疲劳可靠性条件概率模型

条件概率模型是基于检测结果更新结构可靠性及其参数的重要模型,但常规的条件概率模型没有考虑结构可靠性随时间的变化情况。基于裂纹尺寸准则和疲劳寿命准则,在海洋结构物可靠性概率模型更新研究中提出了考虑检修的结构动态疲劳可靠性条件概率模型,为在结构动态疲劳可靠性分析中考虑检修因素的影响提供了一种方法。基于各种检测结果和维修决策,对结构动态疲劳可靠性进行了评估。结合算例阐述了本文提出方法的可行性,验证了检测、维修结果对结构动态疲劳可靠性的影响。     

西气东输用焊接钢管疲劳可靠性寿命评估

通过疲劳试验, 建立了西气东输用X70焊管焊接接头材料在 0 5、0 999、0 999 9和0 999 99等 4种可靠度下的疲劳寿命曲线, 即P S N曲线; 根据西气东输管道输气量不均匀系数,建立了X70焊接钢管所承受的载荷谱; 基于焊接接头材料可靠性疲劳寿命P S N曲线和管道载荷谱,采用Miner累积损伤准则, 估算了X70焊管的疲劳可靠性寿命。在 0 999、0 999 9和 0 999 99等 3种目标可靠度下, 西气东输用X70焊管的疲劳寿命均超过 30a, 在管道设计寿命内X70焊管不会发生疲劳破坏。