牵引法制备双金属复合管的锥头尺度对界面结合强度的影响

为了进一步研究双金属复合管在机械牵引法生产加工过程中的受力和变形状况,从双金属复合管受力分析角度,以平面应变假定和理想弹塑性为材料模型,通过对双金属复合管成型过程进行简化分析,选择牵引法制备双金属复合管,认为其胀形过程是由锥度实施的,因此,锥头尺度对界面结合强度有着直接的影响。研究了牵引法制备双金属复合管的锥头尺度对界面结合强度影响的规律,预测结果与试验结果对比表明,建立的试验预测模型能够给出较好的预测结果。     

双金属复合管液压成型有限元模拟与试验研究

双金属复合管是防止油气介质内腐蚀的新型防腐技术,其成型过程及成型后的力学特性是采用双金属复合管防腐的关键技术之一。针对双金属复合管液压成型的力学问题建立了有限元模型,根据碳钢管和不锈钢管的实际尺寸对复合管的液压成型过程进行了有限元模拟,得出了成型压力与复合管成型后力学特性的关系。开展了双金属复合管液压成型的实物试验,并采用电阻应变测试法测得了复合管成型后外管的残余变形。试验结果表明,有限元分析结果与试验值接近,其偏差范围满足工程要求,所建立的有限元模型是合理的。研究成果可为双金属复合管的生产和使用提供重要的理论参考。     

复杂载荷作用下双金属复合管的屈曲失效模拟分析北大核心CSCD

双金属复合管在海洋工程中应用广泛,使用过程中极易发生屈曲失效和内衬管褶皱现象。本文使用ABAQUS有限元软件,分析了双金属复合管液压成形过程及其在复杂载荷下的屈曲失效,研究了残余应力、管道径厚比和材料属性对双金属复合管屈曲失效的影响。结果表明,降低管道径厚比或增大外管材料的屈服强度,能够有效延缓管道屈曲,减小内衬管褶皱幅值。本文研究结果有助于更好地理解双金属复合管屈曲失效现象,进一步完善其加工工艺。     

复杂载荷作用下双金属复合管的屈曲失效模拟分析

双金属复合管在海洋工程中应用广泛,使用过程中极易发生屈曲失效和内衬管褶皱现象。本文使用ABAQUS有限元软件,分析了双金属复合管液压成形过程及其在复杂载荷下的屈曲失效,研究了残余应力、管道径厚比和材料属性对双金属复合管屈曲失效的影响。结果表明,降低管道径厚比或增大外管材料的屈服强度,能够有效延缓管道屈曲,减小内衬管褶皱幅值。本文研究结果有助于更好地理解双金属复合管屈曲失效现象,进一步完善其加工工艺。     

双金属衬里复合管制管过程紧密度影响因素研究

目前关于双金属衬里复合管的研究大多没有考虑现场制管时管端焊缝环的影响,且制管防腐工艺中材料的力学性能随温度变化,对双金属衬里复合管的紧密度也有重要影响。为此,建立了"两步法"双金属衬里复合管制管过程力学分析有限元模型,对制管过程中加压→泄压→升温→冷却阶段进行模拟仿真。分析结果表明:所建模型可以准确地模拟衬管-基管紧密度的变化过程;考虑焊缝的轴向相互耦合绑定约束关系模型与平面应变模型存在较大差异,绑定约束模型在加压过程中两种管材的管端同时缩短,会导致衬管和基管在接触前、后的径向变形行为发生变化,最终影响紧密度的大小和分布;紧密度随加载内压的增大而增大,两种材料膨胀系数差异越大,紧密度越小,适当增加内压并减小膨胀系数差异有助于提高紧密度。所得结果可为双金属衬里复合管的设计与应用提供参考。     

双金属复合管焊接技术探讨

针对双金属复合管焊接时易产生层间未熔合或夹渣、主要合金元素烧损、熔池金属塌陷形成焊瘤、背面氧化成形不良、焊缝周围碳原子迁移影响防腐效果等焊接缺陷,结合双金属复合管的结构特点及国内外焊接技术应用现状,分析了双金属复合管的焊接原则、管端设计、焊接方法、焊接材料选取、坡口设计以及工艺控制要点,并对其焊接相关技术发展趋势进行了探讨。最后指出双金属复合管在进一步发展其高效焊接及检测技术的同时,应建立适合于双金属复合管结构特点的耐蚀性能评价体系。     

内衬双金属复合管紧密度测量及影响因素

介绍了双金属内衬复合管的成型工艺及主要成型方法,分析了双金属复合管在液压成型后,内、外层钢管的受力状态。根据变形协调条件,得出复合管内外层残余接触压力与残余接触应力的正相关关系式。依据滑动摩擦原理,提出了通过测量内外层间的推脱力,替代API SPEC5LD推荐的测量残余接触应力计算紧密度的方法。最后分析了紧密度的影响因素,即紧密度的大小受复合管成型液压压力、后续涂敷温度和现场试压压力的影响。     

不锈钢衬里复合管的液压胀合装置及技术要点

为了防止流体输送管道的腐蚀 ,并针对现有复合管生产方法的不足及国外生产复合管的装置复杂 ,固定投资大、密封结构不可靠等缺陷 ,研制开发了一种新型不锈钢衬里复合管液压胀合装置。分析了该装置的工作原理和技术特点 ,并从复合管液压胀合的条件及液压胀合成形压力的确定等方面讨论了该技术的应用要点。新型复合管液压胀合装置在液压胀合过程中 ,内层管与外层管的受力均匀 ,可显著提高复合管的生产质量。装置结构简单 ,生产效率高。     

双金属复合管鼓包机理分析和试验研究

机械式双金属复合管基/衬管之间为过盈贴合,衬管较薄且刚度较差,若工程应用中使用不当,易出现双金属复合管衬管鼓包失稳。从双金属复合管衬管鼓包失稳的机理研究,给出了适用于复合管衬管鼓包临界载荷估算的经验公式和发生衬管鼓包的力学条件。根据发生衬管鼓包的力学条件结合复合管设计、生产和使用过程,分析了可能影响复合管鼓包的主要因素。经理论分析与试验验证得出:双金属复合管结构设计及基/衬管结合强度值不合理,会导致衬管鼓包临界载荷降低,基/衬管之间进水且在高温下使用,衬管出现贯穿性缺陷导致输送介质进入基/衬管间隙是双金属复合管衬管鼓包失稳的主要因素。     

双金属复合管塑性成型有限元模拟

随着高含二氧化碳、硫化氢及元素硫等油气田的相继出现，油管、套管的腐蚀问题越来越突出，并直接影响到油气田的经济开发和安全开采。针对机械复合管塑性成型过程中的力学问题进行了有限元模拟研究，建立了模拟双金属复合管塑性成型的参数化有限元力学模型。通过有限元模拟研究，得出了双金属复合管所需的最小成型压力和成型后内外管间的结合力，分析了双金属复合管在塑性成型过程中内外管的接触压力、径向应力应变等力学特性。计算实例表明，该模型的几何尺寸、材料模型以及加载压力等参数均可以根据计算需要设定，可用于模拟不同材质和不同尺寸的双金属管在塑性成型过程中的力学特性研究。     

双金属复合管复合模型有限元分析

运用“缩径法”思路制造双金属复合管,通过SolidWorks软件建立复合管复合模型,并通过SolidWorks Simulation 模块进行有限元分析,通过复合管的内、外管应力分析和管壁接触应力分析,最终得出采用“缩径法”理论可以成功复合双金属复合管;复合过程伴随着钢管壁厚增加,且缩颈率越大壁厚增加越大。     

Reel-lay铺设对机械式双金属复合管性能的影响

为了探究机械式双金属复合管进行Reel-lay海底管道铺设的可行性,模拟Reel-lay铺管过程,采用全尺寸静态弯曲试验机对Φ219.1 mm×（14.3+3.2） mm L450Q+316L机械式双金属复合管进行了循环弯曲试验。通过复合管弯曲应力应变测试,证明本试验装置完全可以模拟复合管Reel-lay铺设过程的弯曲变形。同时,对复合管弯曲前后的金相组织、拉伸性能、硬度和冲击性能进行检测,结果表明Reel-lay铺设过程中弯曲变形对该管材的理化性能影响较小,采用Reel-lay铺设方式是可行的。     

钻杆接头多轴疲劳寿命

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。     

双金属管极限弹性水压复合工艺研究

基于双金属管水压复合工艺,提出了一种利用材料极限弹性膨胀特征曲线控制双金属管水压复合效果的方法。复合管接触应力试验表明,为了获得最佳的复合效果,外基管材质级别要尽可能高,而内衬管材质也应采用刚度匹配的材料;在内衬管和外基管的材料既定的情况下,复合过程采用的水压越大,复合管获得的剩余弹性势能越多,复合效果越好。复合管水压膨胀试验结果表明,当外基管的膨胀过程处于由弹性变形向塑性变形阶段过渡的拐点时,复合管将获得最大剩余弹性势能,可确保复合管双金属层达到最佳贴合状态。     

成型操作对测量钢管屈服应力的影响

测量钢管屈服应力的目的是为了评估钢管对内部流体压力的抵抗能力.遗憾的是,不可能在环向取得一段直的试样,因此在进行试验之前,必须将钢管压扁.当前研究中,对不同材料以拉伸-压缩模式进行试验以便为随动硬化模型提供数据.以此试验数据为基础,建立一个模型,并将一些材料行为特征(屈服点伸长率的存在,应变硬化等)和工艺路线(直缝或螺旋缝焊接,扩径机,水压)等均考虑在内.钢管生产也在不同工艺段采样(母材、矫平后、成型后及水压后).试验程序包括拉伸试验和环胀试验,结果显示该模型所给出的预测值与试验结果有良好对应.该模型还推出一些试验事实,例如屈服点伸长率在母材的存在及其在扁平管试样的不存在.最后,该模型与工业生产数据库相比,含有不同的钢级(从B级到X80级)和不同壁厚直径(壁厚/外径)比的数据值.该数据库所预测的钢卷和钢管的屈服应力差为20 MPa.     

筛管压溃强度计算公式及适用性

针对筛管受地层中围压作用压溃失效缺乏通用计算分析模型的问题,利用ABAQUS软件建立了考虑初始椭圆度影响的平行布孔筛管有限元模型,研究外压作用下筛管的压溃行为。通过与文献中的实验结果对比表明,该有限元模型可准确地预测筛管的压溃强度。基于不同几何特征、材料特性以及布孔参数等筛管压溃强度数值模拟结果,建立了筛管压溃强度的简化计算公式。利用该计算公式,计算不同几何尺寸和材料属性的筛管压溃强度,与实验结果相比平均误差为7.0%。为了便于工程应用,分析了利用DNV,API等标准规范确定该公式中筛管对应的布孔前套管的静水压溃强度的可行性。结果表明,所建立的防砂筛管压溃强度计算公式可为实际工程中防砂筛管的强度预测与参数优化提供理论支持。     

316L/30Mn2冶金复合油管的开发与力学性能检测

为研究316L/30Mn2双金属冶金复合油管的制备工艺及力学性能,采用钎焊复合+热处理强化方法,试制了Φ88.9 mm×（6.45+2）mm规格的双金属复合油管,测定了复合油管不同部位的硬度、拉伸、冲击性能和界面剪切强度,并对其技术可行性进行探讨。结果表明,钎焊复合界面冶金结合牢固;适当的热处理使基管、管端接环及对接焊缝的力学性能相近,且在不同热处理工艺下,双金属复合油管基管分别满足80 ksi、95 ksi、110 ksi钢级油管的力学性能要求。该研究进一步验证了开发高性能双金属冶金复合油管的技术可行性,也为双金属复合油管的开发提供依据。     

预应变对含焊缝区X80管线钢应变响应特征及拉伸性能的影响

高通量天然气管道在使用过程中由于增压将引发局部变形,对管道材料的服役安全性会产生不利的影响。目前对于预变形引发硬化现象的研究主要集中在母材区域或焊缝区域,而对于含焊缝区域管线钢的研究则甚少。为此,以含焊缝区域的X80管线钢为研究对象,采用不同拉伸预变形量来模拟管道增压形成的单向拉应力,以此为基础研究焊缝和母材协同应变引起的加工硬化对管线钢拉伸性能的影响规律。研究结果表明:(1)在拉应力的作用下,焊缝区域和母材区域均发生应变响应;(2)焊缝区域较大晶粒尺寸可以有效增加晶界与内部位错的流动阻力,具有较高的应变硬化能力,使得再次变形时焊缝区屈服强度高于母材区,因此拉伸过程主要集中在母材区域;(3)预变形量越大,应变硬化现象越显著;(4)焊缝区的强应变响应能力导致断裂发生在母材区域并且断口形貌由微孔聚集型向准解理型断裂转变。结论认为,该研究成果可以为X80管线钢焊接工艺设计及高通量条件下的天然气管道安全评价提供理论基础和实验依据。     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。