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。     

压力容器疲劳寿命的可靠性分析

介绍了压力容器结构的疲劳扩展寿命计算公式,考虑几种主要参数的不确定因素,应用蒙特卡罗法抽样计算了其中服从不同分布的随机变量值,得出了在一定置信度和一定可靠性下的疲劳裂纹扩展寿命以及在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和断裂韧度对疲劳寿命的影响。利用数值积分法编制了计算机程序。算例证明了此计算方法在疲劳寿命可靠性估计中的可应用性及其工程意义。     

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。     

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。     

16Mn钢海底管道材料疲劳裂纹扩展试验研究

采用取自足尺度海底管道16 Mn钢制成的标准紧凑拉伸(CT)试件进行了疲劳裂纹扩展试验,利用背面应变法测量了疲劳裂纹扩展过程,并研究了取材方向和试验环境因素对疲劳裂纹扩展速率的影响,拟合出了不同取材方向与不同试验环境下Paris常数C和m。研究结果表明:试件材料取材方向对疲劳裂纹扩展初始阶段有一定影响,但对总体疲劳裂纹扩展趋势基本无影响;海水环境对疲劳裂纹扩展影响显著,且海水中疲劳裂纹扩展速率约为空气中的2倍。本文研究结果不仅可以定量分析16 Mn钢在海水腐蚀环境下与空气环境下疲劳裂纹扩展速率的差异,且能为后续基于Paris公式来预测管道腐蚀疲劳寿命的研究提供基本参数,为服役中的海底管道腐蚀疲劳问题的研究提供参考。     

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。     

含双裂纹缺陷海底管道疲劳寿命的分析

裂纹缺陷是制约海底油气管道正常运行的关键因素,裂纹会引起管道运行期间的泄漏、断裂,双裂纹共同作用对管道的破坏更为严重。该文研究了含双裂纹缺陷管道的疲劳寿命变化规律,计算了裂纹与管道轴线夹角的变化,双裂纹之间夹角和距离变化对管道疲劳寿命的影响,并对其进行敏感性分析。结果表明,双裂纹之间夹角和距离固定,疲劳寿命随着裂纹与管道轴线夹角的增加而降低,但是变化率逐渐增加;裂纹与管道轴线夹角固定,双裂纹之间夹角和距离变化时,疲劳寿命曲线会出现多个极值点,极小值多出现在夹角为90°时。分析结果可以为海洋工程的实际情况提供参考。     

海底管线疲劳裂纹的寿命分析

从三维介质中任意形状裂纹的分析着手，建立了描述复合型裂纹扩展规律的形变能密度因子准则（Ｅｓ准则），提出了新的Ｚ形裂纹简化分析模型，并对平面复合型疲劳裂纹的扩展轨迹、速率和剩余寿命作了预测和模拟。运用此方法对海底管线疲劳裂纹的寿命进行了分析和评定。该方法对其他工程结构的复合型疲劳裂纹及扩展规律的描述具有普遍适用性。     

渤海深井钻杆刺漏分析及疲劳寿命预测

钻杆刺漏是渤海油田深井钻进过程中存在的难题,严重影响钻进效率。通过对渤海刺漏井失效原因的统计分析,建立了考虑钻杆本体与井壁接触方式及轴向振动的疲劳寿命预测模型。探讨了初始裂纹形态和尺寸对钻杆疲劳寿命的影响规律。研究表明,钻杆刺漏主要是由钻杆疲劳破坏引起的,钻杆表面的初始微裂纹在交变载荷的作用下扩展而导致钻杆刺漏;当线性裂纹和半椭圆形裂纹的尺寸相近时,表面为线性裂纹的钻杆寿命更短,表面半椭圆形裂纹钻杆的疲劳寿命与 ｂ０／ａ０有关,ｂ０／ａ０越大,寿命越长,其对初始裂纹长度比较敏感.     

首次穿越失效方法用于评价海底管跨的可靠度

应用随机振动的首次穿越理论和可靠度理论对波浪作用下的海底管跨进行疲劳可靠度分析。基于断裂力学原理建立疲劳失效准则,海底管跨的疲劳失效可以看成首次穿越问题。将管跨服役期内的长期海况看成由若干离散短期海况组成,通过模态分析方法确定海底管跨在各海况下的应力响应。根据首次穿越理论的泊松模型,计算各海况下管跨应力响应的期望穿阈率,进而确定总体疲劳失效可靠度。通过实例分析了跨长、设计寿命、初始裂纹长度、断裂韧性、裂纹扩展参数等对可靠度的影响,疲劳可靠度变化曲线可以对海底管道的设计提供参考。     

海底电缆在涡激振动下的疲劳寿命

针对悬空段海底电缆结构失稳、疲劳失效和使用寿命缩短等问题，基于洋流作用下海底电缆涡激振动机理，结合海底电缆结构特性，采用流体力学法建立适用于海底电缆的振动仿真模型，基于仿真模型研究洋流流速、电缆机械特性（截面、质量、自阻尼特性等）、悬空断长度等对海底电缆振动和疲劳损伤的影响，结合应变性疲劳曲线和雨流计数法，计算海底电缆的疲劳损伤，根据线性损伤累积理论得到海底电缆的疲劳寿命，分析海底电缆疲劳寿命的影响因素。结果表明，增大海底电缆的弹性模量和阻尼比、缩短电缆悬空段长度可有效延长海底电缆的疲劳寿命。     

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。     

S135钻杆钢扭转疲劳寿命及断裂特征

针对钻杆在循环应力下的疲劳问题,通过室内试验测定了S135钻杆钢的扭转疲劳寿命,得到了扭转疲劳的Δ-τN曲线,应用统计分析方法得到扭转疲劳寿命公式,并采用扫描电镜(SEM)对疲劳断口进行了观察和分析。结果表明,扭转疲劳裂纹形成于光滑试样表面,且疲劳源的大小随切应力幅值的增加而增加;在疲劳源与疲劳裂纹扩展处的微观形貌特征为典型纯滑移型断裂,在裂纹扩展处涟波状花样区域的大小随切应力幅值的增加而增大。     

基于损伤力学的HL级抽油杆疲劳分析研究

抽油杆在使用过程中受到损伤会对其安全性能造成影响。为分析损伤对HL级抽油杆安全性能的影响程度,根据损伤力学原理建立了抽油杆疲劳损伤演化模型,采用有效应力法与ANSYS有限元软件,对裂纹损伤、蚀坑损伤和偏磨损伤3种损伤形式下HL级抽油杆的剩余疲劳寿命进行了数值模拟。通过正交试验分析了3种损伤形式下深度、宽度、角度等影响因素对HL级抽油杆剩余疲劳寿命的影响,并利用多元回归方法得到了疲劳寿命与影响因素的关系式。模拟结果表明,3种损伤形式下影响抽油杆疲劳寿命的因素,按影响程度高低排列:裂纹损伤,依次为裂纹的位置、角度、深度和宽度;蚀坑损伤,依次为蚀坑的位置、深度和半径;偏磨损伤,依次为偏磨的位置、深度和长度。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素回归关系式的调整决定系数分别为82.0%、94.0%和90.9%。研究结果表明:损伤位置对HL级抽油杆疲劳寿命的影响极其显著;裂纹深度、角度,蚀坑深度和半径及偏磨深度的影响显著;裂纹宽度也有一定影响。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素的回归关系式,可为判断HL级抽油杆的剩余寿命提供依据。      

基于可靠性评价的含缺陷核压力管道疲劳寿命预测方法

含缺陷压力管道经缺陷评定合乎使用后,其疲劳寿命的估计具有重要的工程意义。将整个含缺陷压力管道作为一个整体,分析了含缺陷压力管道的疲劳裂纹扩展特点,提出了相应的含缺陷压力管道疲劳寿命的计算过程,并在基于可靠性评价的基础上,给出了核压力管道的可接受失效概率,最终得到了含缺陷核压力管道疲劳寿命预测方法。     

HFW钢管焊缝疲劳特性与疲劳寿命预测方法研究

受停输启用和供需变动的影响,油气管道的输送压力会发生周期性的变化,疲劳失效问题异常突出.特别是对于含有裂纹缺陷的管道,在疲劳载荷的作用下,若管道的应力强度因子幅超过疲劳裂纹扩展门槛值,裂纹就会发生疲劳扩展.当裂纹扩展到一定程度,超过管道运行压力下所能承受的临界缺陷极限尺寸,管道就会发生疲劳失效,从而影响到管道的使用寿命...