一种预测钻柱疲劳失效的新方法

基于材料断裂力学理论及裂纹全程扩展模型,结合井下钻柱受力特点,构建了钻柱复合型疲劳裂纹扩展行为预测新模型。该模型可有效描述裂纹扩展的3个阶段,对提高钻柱在井下复杂条件下的疲劳寿命预测精度具有重要指导意义。     

海洋钢结构的模糊概率断裂力学

首先介绍了按照Ｓ－Ｎ曲线方法及断裂力学方法，预测疲劳寿命的一些系数的随机性与模糊性的描述方法。给出模糊随机疲劳寿命。其交分别给出了断裂力学强度ＣＴＯＤ、ＫＩＣ以及裂纹扩展速率和裂纹尺寸的随机性与模糊性的描述方法。还就模糊随机疲劳疲损伤及强度的问题，进行了探讨。     

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。     

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。     

16MnR钢高温疲劳裂纹扩展行为试验研究

为了研究高温条件下材料的疲劳裂纹扩展规律,对16MnR钢在25、150、300和425℃4种温度条件下的力学性能及疲劳裂纹扩展速率进行了测试与分析。试验结果表明:16MnR钢在150和300℃的疲劳裂纹扩展速率比25和425℃时低,300℃时疲劳裂纹扩展速率最低,300℃以上时随着温度的升高裂纹扩展速率增大,425℃时疲劳裂纹扩展速率最高。得出的结论为在高温条件下相类似材料的疲劳寿命评估提供了理论依据。     

多维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

现代工业正在向着高速、高温、高压的方向发展 ,疲劳问题严重威胁着现代工业设备的安全。该文采用 2 2 5Cr 1Mo带预裂纹环状缺口圆柱形试样的实验数据及有限元分析结果 ,研究了采用当量塑性应变范围Δεp 、当量蠕变应变范围Δεc 和当量应变范围Δε,来评价材料在 4 0 0℃、应变速率为每秒 0 2 %、不同缺口形式下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的可行性、缺口形式对疲劳寿命 (疲劳总寿命和裂纹扩展寿命 )的影响以及蠕变 疲劳交互作用对高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响 ,最后利用最小二乘回归方法 ,得到了该材料高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程〔1～ 7〕 。     

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。     

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。     

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     

蠕变－疲劳交互作用对高温低周疲劳寿命影响

多维应力状态下蠕变 疲劳交互作用对疲劳寿命(疲劳总寿命和裂纹扩展寿命)影响的研究表明,2.25Cr 1Mo材料无保持周期应变控制的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命可用其疲劳成分、蠕变成分和蠕变 疲劳交互作用成分3者的非线性组合来表征,即整个试样的失效过程中存在着蠕变 疲劳交互作用,且其蠕变和疲劳之间是正交互作用。由于这种蠕变 疲劳正交互作用的存在导致了试样或构件的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的降低。利用Matlab对试验结果进行非线性多元回归,得到了用疲劳成分、蠕变成分和蠕变 疲劳交互成分表征的疲劳总寿命方程,定量地表征了该材料蠕变 疲劳交互作用下的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命。     

抽油杆扳手方段存在表面缺陷时的剩余寿命

以抽油杆材料疲劳裂纹扩展速率为依据，对抽油杆扳手方段存在半椭圆表面裂纹、角裂纹和直边裂纹时的剩余寿命进行了分析、推导计算，得到了便于工程应用的剩余寿命图线，为抽油杆缺陷评定提供了依据。     

低温环境下海洋平台管节点的断裂力学分析

从冬季导管架海洋平台服役的工程实际出发 ,分析研究了管节点的低温疲劳裂纹扩展速率 ,给出了管节点表面裂纹扩展的主要控制变量应力强度因子的计算公式。经过对比和计算 ,得出了在 -2 5℃低温环境下管节点da/dN -ΔK关系式中材料参数c和m的具体值 ,为冬季海洋平台管节点剩余疲劳寿命的估算和安全性评估提供了依据。     

波浪载荷作用下海洋平台用钢焊接接头的疲劳寿命预测

采用有限元建模分析初始裂纹形状对表面裂纹疲劳扩展过程中形状演化的影响,并基于BS 7910中FAD图的评定方法,预测了DH36焊接接头不同形状的初始裂纹在波浪载荷作用下的疲劳寿命。结果表明:c₀ /a ₀ 比值大的裂纹在扩展开始阶段均沿深度方向扩展,而长度方向上扩展极慢;而对于c0 /a0比值小的裂纹,在扩展过程中近似保持与初始相似的形状扩展。在波浪载荷的作用下,DH36焊接接头结构件能承受105 252个循环。     

20CrMo钢短裂纹行为和抽油杆表面允许裂纹深度

研究了抽油杆材料20CrMo钢穿透长、短裂纹和表面长、短裂纹在近门坎区的裂纹扩展行为。结果表明：短裂纹比长裂纹的裂纹扩展速率更快，门坎值更低，表面允许裂纹深度更小。因此，用长裂纹扩展速率和门坎值计算抽油杆剩余寿命，比考虑短裂纹效应的要高，最好使用裂纹扩展速率与有效应力强度因子幅计算抽油杆的剩余寿命。用短裂纹的门坎值重新计算了D级抽油杆各关键部位允许存在的裂纹尺寸。     

I/III复合加载模式下疲劳裂纹扩展曲线分析

为了研究套管在钻井过程中的受力状况,以P110钻井套管用钢为对象,根据疲劳裂纹扩展理论,着重利用修正的紧凑拉伸试样,研究在I/III型分量下,不同裂纹倾角对材料疲劳裂纹扩展速率的影响。结果显示：当裂纹倾角为15°时,扩展过程中裂纹完全按照倾角15°扩展;当裂纹倾角为30°时,扩展过程中裂纹发生偏转没有实现完全30°扩展。研究表明,在复合疲劳裂纹扩展过程中,裂纹倾角越大,裂纹扩展方向越容易改变。     

连续油管疲劳可靠性分析的新方法

弯曲疲劳寿命是影响连续油管使用范围最突出的问题之一,因此利用疲劳可靠性的理论预测其疲劳寿命是亟待解决的关键课题。预测连续油管疲劳寿命传统方法是将许多试样在不同应力水平的循环载荷作用下进行试验直至失效,从而作出S-N曲线,供工程参考,这样不仅费用高,且模拟实际应力条件也较困难。为此,根据低周疲劳曲线,通过引入复合随机变量X=NS2,对不同材料和应力水平下的连续油管疲劳实验数据进行了归一化处理。这是一种研究连续油管疲劳可靠性的新方法。     

GHH烟气轮机叶片断裂分析

对GHH烟气轮机断裂叶片的宏观检查、断口分析和叶片受力分析计算表明 ,烟机叶片断裂属疲劳断裂 ,断裂部位距叶根高 15mm ,此处正是叶片计算合成应力最大的位置。影响叶片断裂的因素除断裂力学理论的裂纹生成和扩展外 ,还与烟气中粉尘的浓度、粉尘颗粒尺寸和粉尘速度有关。为提高叶片使用寿命 ,采取控制进入烟机烟气温度、压力和流量的措施 ,使烟气中催化剂粉尘浓度小于 2 0 0mg/m3、粒径大于 10 μm的粒子小于 8% ,现烟机已安全平稳运行 60 0d ,取得显著效果     

海洋深水立管的疲劳断裂与可靠性评估研究进展

针对海洋深水刚性立管、钢质悬链式立管和柔性立管的疲劳、断裂及可靠性问题,评述了近10年国内外在这方面研究的成果.给出了一些用于深水立管疲劳寿命预测及可靠性评估的实用理论和计算方法,特别是对基于断裂力学和可靠性检测技术而发展起来的缺陷损伤容限、带内部缺陷和表面裂纹的疲劳强度等问题给予了足够的关注.文章最后对导致深水立管疲劳断裂的涡激振动及其抑制方法进行了讨论,并结合我国海洋石油的发展提出了若干建议.