有限元法在大地电磁场二维正演中的改进

本文讨论了有关有限元法在大地电磁测深二维正演中的应用问题,论述了现有文献中采用的网格剖分方案。矩形网格具有易于使公式规则化和便于进行计算的优点,但失去对界面几何形状较好的适应能力;再有,由于在矩形单元上采用双线性插值公式,因而场相对z的偏导数仅是y的(线性)函数,而沿z方向是常数,这就影响确定辅助场值的准确程度。基于这种考虑,作者采用三角形-矩形单元综合剖分方案,即在地面和界面(特别是倾斜界面)处,以对角线将矩形划分为两个直角三角形,然后采用拉格朗日二次插值公式,计算泛函,再按矩形单元构成组合的刚度矩阵,最后合成总刚度矩阵。这样,既可较好地适应各种几何形状的界面,又可提高计算界面附近场值及地面处辅助场值的准确程度。这时,辅助场值的表达式是y、z的线性函数,并可表示成插值点处函数值的简单的线性组合。这在反演计算中会带来很大的方便。文中给出了相应的计算公式。     

用改进的盲孔法测试复合钢板复板的残余应力

为了研究复合钢板复板中残余应力的大小和分布状况，采用改进的盲孔法，即在测点打孔后多次扩孔，利用相似标定实验所得多组应变释放系数计算残余应力，可得不同深度残余应力的估算值。实测结果与定性分析结果吻合。测试结果还表明，复合钢板复层内存在残余庆力，且以拉－拉和拉－压应力状态为主，应力沿厚度方向非均匀分布，随深度增加应力增大，最大应力位于结合面附近，应力值超过100MPs。     

用改进的盲孔法测试复合钢板复板的残余应力

为了研究复合钢板复板中残余应力的大小和分布状况 ,采用改进的盲孔法 ,即在测点打孔后多次扩孔 ,利用相似标定实验所得多组应变释放系数计算残余应力 ,可得不同深度残余应力的估算值。实测结果与定性分析结果吻合。测试结果还表明 ,复合钢板复层内存在残余应力 ,且以拉 拉和拉 压应力状态为主 ,应力沿厚度方向非均匀分布 ,随深度增加应力增大 ,最大应力位于结合面附近 ,应力值超过 10 0MPa。     

阴离子微乳液的形成与其结构——Ⅰ、微乳液的形成与油含量、温度对其影响

微乳液形成的必要条件为π_δ-σ_((O/W)α) ＞0，充分条件为π_O~′(?)π_W~′或者σ_(O/W)(?)σ_(W/M)。本文研究的体系为AS/C_4H_9CH/C_8H_(18)/H_2O和SDS/C_4H_9OH/C_8H_(18)/H_2O。当油含量增加时，增大丁醇在界面膜上解吸，使得σ_((o/w)α)数值明显上升，不利于微乳液生成，似三组分相图上微乳液区域面积减少，甚至消失。温度影响取决于增加膜压和降低膜强度的综合结果。对SDS体系，在0～60℃范围内，区域总面积A_t增加。对AS体系，t＜30℃，A_t随着温度增加；t＞30℃，温度对A_t影响甚微。     

D级抽油杆表面允许裂纹深度的估算

介绍了国内外七种Ｄ级抽油杆用钢的疲劳门坎值的测定。结合对抽油杆各特征部位半椭圆裂纹应力强度因子Ｋ的有限元计算，用断裂力学方法估算了各特征部位允许存在的裂纹尺寸。结果表明，允许裂纹深度α与使用应力σ之间存在有α＝Ａ／σ的关系。当抽油杆的抗拉强度符合ＡＰＩ规范１１Ｂ规定的σｂ＝７９３～９６５ＭＰａ时，七种材料的门坎值基本相同。当使用应力在疲劳极限附近处为３７２．６ＭＰａ时，抽油杆杆体表面存在有深度为０．１３～０．２７ｍｍ的裂纹，杆头锻方处存在有深度为０．６０～１．０２ｍｍ的裂纹，这些裂纹均不会扩展。     

石油空压机车的压缩机气缸三维有限元分析

对试制的ＬＧＷＣ—２０／２５０型空气压缩机车的空压机气缸进行了三维有限元分析，得出了该空压机气缸的应力分布、危险截面及其对应的最大应力值，绘制了应力沿各典型截面边界的变化规律曲线，最后对该气缸设计作了综合评价。建议对高压气缸的安全系数应考虑稍大些，对现有阀座处的结构适当改进或在台肩根部采用圆弧过渡，以减轻应力集中程度。     

自升式平台沉垫储油舱油水界面传热学研究

使用油水置换式水下储油舱储存原油时,油水界面附近原油热量散失过多,会造成原油黏度过高,甚至出现凝油层,进而阻碍油水置换工艺的顺利进行。建立了油水界面附近原油温度随时间和位置变化的数学模型,通过油水界面传热学分析得知,原油温度只与傅里叶数、毕渥数和z/δ值有关。油水置换时间的长短是影响油水隔离层的作用重点,时间较短主要起隔离作用,时间较长时其保温作用才明显。水下储油舱应该设计成多个舱室,以缩短油水置换工艺时间。有效隔热厚度达到0.02~0.03 m的TPU隔离层能满足油水置换工艺需要。     

超深井小钻工具接头螺纹结构研制与应用

为适应塔里木油田深井和超深井勘探与开发的恶劣工况，同时针对其深井、超深井小钻工具的疲劳失效问题，研制了一种特殊螺纹（TMXT36）结构的超深井小钻工具，该特殊螺纹结构减少了每英寸的牙数，加长了外螺纹接头最末完全扣到外台肩的距离，比常规的螺纹多设计了3 扣，减小其刚性，增加了弹性，从而提高其抗疲劳寿命（2.5 倍）；该螺纹结构将扣根的最大应力转移到了接触面较宽的螺纹导向面上，降低了螺纹根部的疲劳缺口敏感系数（3.5）。该特殊螺纹与油田现有的NC38、TX60 和TH90 螺纹有限元对比分析得出:TMXT36 的应力集中系数和其疲劳缺口敏感系数为最小，其抗疲劳寿命比其他螺纹接头提高了2.5 倍，其试制成品在塔里木油田得到了应用和验证。     

X60管线钢疲劳特性的研究

利用2、4和14mm的X60钢紧凑拉伸试样进行同样应力水平、固定应力比（R＝0．1）的疲劳裂纹扩展试验，揭示出高韧性管道钢的疲劳裂纹扩展存在显著的厚度效应。由于应力水平低，相应的离面应力也低，不足以导致分层开裂，因此，裂纹端部的三维应力约束随厚度增加而增大。4mm试样的疲劳裂纹速率远高于2mm试样，但厚度再增大，裂纹扩展速率不再有显著变化。进一步对表面裂纹试样进行疲劳裂纹扩展试验，并用勾线法纪录裂纹扩展情况，利用穿透裂纹的da/dN-ΔK曲线预测表面裂纹扩展，用2mm厚试样的数据控制裂纹表面长度的扩展，用14mm厚试样的数据控制裂纹底部沿厚度方面的扩展，得到了与表面裂纹扩展实验吻合很好的预测结果。     

物理模型实验中的S~*波和S_n~*波

S~*波是一种非几何波,它的强弱依赖于震源离界面的垂直距离。当爆炸点源离界面的垂直距离小于一个优势波长时,S~*波的振幅较强,而且随垂直距离的减小而是指数增加。 S~*波从震源在界面上的投影点向外辐射,其辐射能量在水平入射时为零,而在θ~*=sin~(-1)(β/α)时达到极大值(其中:θ~*为射线与界面法线的夹角;α,β分别为P,S波速度)。当投影点在层状介质的分界面上时,除产生S~*波外,还能产生一种沿界面滑行的S_μ~*波,该波的性质类似于首波。本文用物理模型实验方法证实了S~*波和S_n~*波的存在,为S~*波和S~*波在多波地震勘探和转换波勘探中的应用提供了依据。     

KK型管节点应力集中系数问题研究

采用有限元方法研究了在轴向力作用下KK型管节点应力集中系数与相同尺寸K型管节点的区别,指出在某些情况下用K型管节点应力集中公式分析KK型管节点会造成结构的不安全,必须引起工程界的注意。     

S135钻杆接头缺口疲劳行为研究

钻杆接头疲劳失效是钻杆失效的主要形式,因此,为提高钻杆的使用寿命,对S135钻杆接头的疲劳行为进行了研究。根据钻杆接头的受力特征设计了疲劳试样,采用PQ–6型旋转弯曲疲劳试验机和扫描电镜研究了应力集中对S135钻杆疲劳性能的影响。结果表明:S135钻杆疲劳性能对V形缺口具有一定的敏感性;缺口根部半径越小,应力集中系数越大,对疲劳性能的影响越严重,应力集中系数和疲劳强度符合幂函数关系;疲劳裂纹从缺口根部开始萌生,存在许多裂纹源（呈环形排列）;应力相同时,随着应力集中系数增大,缺口根部的撕裂现象减弱,断口变得光滑、平整,疲劳条纹变得细而密。研究结果表明:对钻杆接头螺纹的牙型进行优化设计,可以降低或减缓齿根的应力集中,降低S135钻杆疲劳对缺口的敏感性,提高S135钻杆的使用寿命。      

二维类圆形腐蚀孔应力集中对套管强度的影响

油气水井套管由于长期处于充满流体的环境中,极易受到腐蚀。套管遭严重腐蚀后所形成的类圆形腐蚀孔分浅半圆形孔、半圆形孔和深半圆形孔3种情况。分析了3种几何形状的腐蚀孔情况,下孔边应力和应力集中系数的分布情况,讨论了孔边应力集中对套管抗内压强度和抗挤强度的影响,提出了相应的修正公式。研究得出,在孔开口直径一定的情况下,应力集中系数随孔深增加而增大,套管强度的降低程度也随孔深增加而增大。     

含V形缺口X70管线钢三点弯曲断裂试验研究

通过不同温度条件下不同厚度、不同缺口取向含V形缺口试样进行3点弯典试验研究，发现X70管线钢具有严重的各向异性现象，其在平行钢板表面方向和沿钢板厚度方向力学性能差异较大。试样缺口取向不同，试样破坏形式不同；分层裂纹以及由分层裂纹所产生的效应主要取决于试样材料中固有的片状缺陷或夹杂，有确定的方向性，同时与试验温度又有着密切的关系。试验温度低时，分层裂纹对材料力学性能影响小；随着试验温度增高，分层裂纹对材料的力学性能影响增大。     

特殊扣钢管的疲劳理论、试验与应用

为了促进特殊扣钢管抗疲劳性能的进一步提升,从特殊扣钢管管体材料的疲劳、螺纹连接的疲劳、螺纹连接的设计等方面进行了研究。分析了循环载荷作用下特殊扣钢管疲劳产生的主要原因;以法国VM公司和阿根廷Tenaris公司等国外主流抗疲劳特殊扣产品为例,阐述了螺纹设计时摩擦系数、螺距、锥度和应力释放结构对疲劳的影响;介绍了研究特殊扣钢管疲劳问题的试验装置及测取S-N曲线的基本问题,重点讲述了共振型全尺寸疲劳评价试验装置的试验原理。研究结果表明,影响螺纹结构套管疲劳强度的最主要因素是应力集中系数(SCF),螺纹结构往往在公端最后一圈螺纹LET处应力最大,应力集中系数也较大。因此,螺纹结构套管在结构设计上应尽量采用圆滑过渡来降低应力集中系数,母端外侧应考虑抗弯曲机构;可适当降低母端的壁厚、提高螺纹结构的加工精度,在设计上尽量考虑应力释放部分及去除残余应力工艺的使用,从而提高特殊扣钢管的抗疲劳性能。     

21／4Cr—1Mo复杂应力状态下低周疲劳裂纹扩展规律评价

通过对有预制裂纹带缺口的圆柱形试样的常温、高温低周疲劳裂纹扩展试验,并应用ＮＨＲＤＳ有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力、应变计算,研究了非均匀分布复杂应力状态下低周疲劳裂纹扩展规律。研究表明,２１４Ｃｒ－１Ｍｏ材料复杂应力状态下低周疲劳裂纹扩展速率可以采用当量应力强度因子范围表征。     

Y型管节点应力集中系数有限元分析

用有限元计算了位于渤海湾的BZ-28单点停泊系统导管架Y型管节点在轴向力，平面内弯矩以及平面外弯矩作用下的热点应力集中系数以及支管和弦管应力集中系数的分布，并将结果与常用的参数公式进行比较。     

海洋平台Y型管节点静力强度研究

在海洋平台结构中,管节点是关键部位。以典型Y型管节点为例,采用有限元法,研究Y型管节点的静力强度。利用ABAQUS建立某海洋平台某Y型管节点有限元模型,通过施加一系列不同的载荷,计算得到Y型管节点失效时所承受的载荷。基于ABAQUS计算该Y型管节点在承受轴向拉伸、平面内弯曲和平面外弯曲载荷时构件发生失效的应力情况,发现构件失效时,所承受的轴向拉伸载荷为1 430 kN,平面内弯曲和平面外弯曲时弯矩载荷分别为37.28 kN·m和17.69kN·m。敏感性研究通过改变弦杆的壁厚,计算得到该Y型管节点在承受外部载荷一系列最大应力和变形值。研究表明,随着弦杆壁厚的增加,Y型管节点的应力和变形值减小。     

管线钢断裂和疲劳裂纹扩展特性研究

对厚度分别为3mm、6mm、9mm、12mm、1mm的紧凑拉伸(CT)试样进行了断裂韧性试验,研究了X60管线钢的断裂特性.研究结果表明,由于试件厚度与分层裂纹间有强烈的耦合效应,表观断裂韧性不随厚度的变化而变化,靠增加试样厚度无法获得材料的平面应变断裂韧性,应用穿透裂纹的表观断裂韧性数据进行管道的安全评定不可靠;考虑塑性区修正的有效应力强度因子K_e与弹塑性J积分参量K_J在失稳扩展前保持了良好的等效性.对厚度分别为2mm、4mm和14mm的CT试样的疲劳裂纹扩展试验表明,高韧性管道钢的疲劳裂纹扩展存在显著的厚度效应,厚度效应敏感区在4 mm以内.     

内压作用下偏心异径管的应力分析

为了对异径管的设计、生产提供理论依据和计算方法,对异径管中的偏心异径管进行了分析研究,得到了其应力分布规律,确定了危险点。为了减少应力集中的影响,在异径管的大小端分别加了一段直管,在对称面上施加对称约束,在大端直管端面施加轴向和径向约束。分析结果表明,偏心侧内外壁的环向应力曲线总体趋势相似,大端的应力要比小端的应力大;在同样壁厚等级和相同的公称压力下,当异径比增大时,环向应力和相当应力的极值出现位置都有由大端朝小端移动的趋势;适当增加偏心异径管的长度能减小危险点的应力集中程度。