立式储罐下节点裂纹应力场分析

采用ADINA建立了1 000～150 000 m~3无缺陷和含裂纹型缺陷的大型石油储罐有限元模型。参照压力容器求解应力的方法,结合无缺陷大型石油储罐有限元数值仿真分析得出的储罐下节点区最大环向和轴向应力,给出了适用于无缺陷储罐下节点区环向应力和轴向应力修正计算公式。将考虑裂纹型缺陷引起应力集中的有限元计算结果与适用于无缺陷储罐下节点区的修正计算公式计算结果进行对比表明:有限元解接近于修正公式解,说明修正计算公式同样适用于求解含裂纹型缺陷的储罐下节点区部位的应力。     

压裂泵泵头体内腔相贯线裂尖J积分研究

对于三维形式的裂纹问题,尤其是结构相对复杂,以角裂纹形式存在于十字形内腔相贯线处的裂纹问题尚没有适用的方法描述。鉴于此,针对压裂泵泵头体主要的失效形式,建立了含有不同尺寸角裂纹的有限元模型,计算了裂纹前缘J积分及裂尖塑性区尺寸。综合有限元分析和理论结果发现:随着裂纹长度的增加,裂纹前缘J积分逐渐增大但增幅逐渐减小,且吸入腔表面裂纹尖端J积分大于柱塞腔,内腔几何特征影响J积分分布;裂纹尖端塑性区形态为鱼尾形,断裂模式仍由I型断裂模式主导;沿裂纹面方向裂纹前缘塑性区尺寸与J积分分布规律一致,裂纹端部由于存在压力约束,实际计算塑性区尺寸较平面应力条件下差异较大,J积分最小处的塑性区尺寸与平面应变条件下的理论公式计算值非常接近。所得结论可为研究塑性区尺寸对压裂泵泵头体内腔相贯线裂纹扩展影响奠定基础。     

缝洞型碳酸盐岩油藏三维三相数值模拟新方法

针对缝洞型碳酸盐岩油藏的储层空间特征,提出新的数值模拟方法,溶穴、裂缝、孔洞分别建立各自的离散空间,离散空间之间由流动方程控制流量,扩展了多重介质的理论模型。数值计算上用基于控制体积分的有限差分方法来离散处理,各种介质的非线性方程组通过牛顿拉夫松方法全隐式求解。计算结果与解析解对比,验证了其正确性。该模型更加适用于缝洞型油藏的数值模拟研究。     

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。     

压力容器筒体的断裂力学分析

用常规强度理论设计的构件忽略了结构上客观存在的裂纹缺陷，因此无法解释工程上的许多断裂事故。鉴于此，介绍了断裂力学基本理论及其判据，给出了计算压力容器筒体上临界裂纹尺寸的方法及框图，并对按传统方法设计的某径向反应器筒体进行了断裂力学分析及计算。新给出的计算方法及计算程序框图适用于对按常规方法设计的各类压力容器筒体及其它工程结构进行断裂力学分析及研究，计算出的临界裂纹尺寸可作为无损检测的判废依据，因此是对传统强度理论设计的补充和完善。     

一般型的游梁式抽油机最优平衡计算

以异相式曲柄平衡抽油机为例,给出了一般型的游梁式曲柄平衡抽油机最优平衡计算公式,并给出了适用于常规式、前置式和异相式曲柄平衡抽油机最优平衡计算程序,且对现场检验平衡的方法做了初步讨论。     

裂纹型缺陷压力容器适用性评价及软件开发

为了更好地对含裂纹型缺陷压力容器进行适用性评价,研究了API 579-2007裂纹型缺陷压力容器的评价方法,针对压力容器的特点,对评价流程进行了优化。结合国内外评价方法,依托Sql server数据库和Visual studio软件,采用C#语言,开发了基于B/S结构的含裂纹压力容器适用性评价软件,并使用该软件进行了工程实例的计算,大大减少了评价过程中的计算工作量,提高了压力容器适用性评价效率,降低了评价的难度。     

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在天然气藏中，底水气藏占有很重要的地位，因而水锥的控制及数值模拟就成为气藏开发的一个重要问题，文章提供了计算气井水锥自由边界问题的边界元方法。首先把水锥剖面视为由气、水两区域构成，指出了以气体拟压力作为未知量的变系数椭圆型方程的自由边界问题；其次使用特殊的基本解和直接边界积分给出了问题的混合边界积分方程组，再利用周期变换和机械求积法导出了离散方程组。周期变换提高了求解的精度，而机械求积法简化了离散方程组系数矩阵的生成。由于离散方程组是建立在边界上，故网格点少，只包含边界处的未知量，因而只需要较小的计算量就可求解，利用迭代算法能很快就能确定水锥的位置。实算表明，本方法简单易行、计算量小，能够提高模拟质量，有利于制定气井开采方案。     

带裂纹圆筒形压力容器安全度计算法

在价值分析的基础上,结合可靠性工程,把平均安全系数与结构可靠度组合而成结构安全度,对带裂纹圆筒形压力容器安全度的计算提出了一种新算法,称为结构安全度计算法。文中引用了一个简单压力容器的安全度计算实例,并用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ 进行计算,得到与其它方法计算相同结果,符合实际。这种方法既适用于断裂分析,也适用于不含裂纹的构件或结构物的设计分析,对石油工程中钻杆,抽油杆和套管的强度设计和分析均适用。     

力边界法向量在套管应力数值分析中的应用

传统法向量求解方法仅适用于简单几何边界问题。国际上大型有限元软件（如 ABAQUS）虽然能给出一般边界法向量，但非专业人员无法了解其内核理论。因此，深入研究任意边界法向量数值理论十分必要。等参元边界法向量的数值计算方法，是基于石油套管复杂力边界法向量理论研究和工程需要提出的。自然坐标和物理坐标之间映射关系的建立，便于应用等参单元对任意几何形状求解域进行有限元离散。依此将多元函数微分方程求解方法与有限元等参变换方法相结合，建立起等参元边界法向量数学计算模型，并编制出相应的计算软件。该理论的应用，能够更加准确模拟石油套管管内流体、地层蠕变等复杂地质条件下，套管壁上的力边界法向量问题。从而能彻底解决复杂套管力边界法向量问题；能够提高套管强度计算精度、优化套管设计程序。所得等参元力边界法向量数值理论及计算软件，普遍适用于一般边界法向量问题。算例给出两类力边界法向量数值方法，套管外壁法向量数值解与解析解对比分析表明，该方法简单，精度高。     

隔板型气藏物质平衡方程的数值解

本文提出了隔板型气藏物质平衡方程稳健且严格的数值解。该方法是基于物质平衡方程的积分形式，并使用了隐式迭代的解决方法，所提出的方法能够单一气藏传统的p/z分析扩展到复杂的隔板型气藏。隔板型气藏衰竭实例的计算结果说明了隔板间窜流，油藏规模及衰竭速度如何影响p/z。通过对隔板型气藏以恒定速度形成半稳态衰竭的观测，可以合理地处理衰竭特性。给出了一个矿场实例，用以说明扩展的物质平衡方程分析隔板型气藏开采动态的可能性。     

焊趾表面裂纹应力强度因子计算的基本模式法

给出一个用来计算对接和角接焊接接头焊趾半椭圆表面裂纹在复杂应力场中裂纹前缘应力强度因子分布的工程实用计算法－－基本模式法。本文通过高自由度的三维有限元分析，形成一个表面裂纹的应力强度因了数据库。利用数据库中基本模式解的插值和组合，可以非常迅速地求得一般几何参数情况下焊趾半椭圆表面裂纹在复杂应力场中沿裂纹前缘的应力强度因子分布。计算过程极简单而迅速，因此特别适用于疲劳裂纹扩展分析。     

含裂纹高压注蒸汽管道的断裂参数计算与试验研究

应力腐蚀是引起注蒸汽管道失效破裂的主要原因,为了更好地揭开裂纹与应力之间的关系,采用ANSYS有限元软件计算了含裂纹管道断裂参数KI(I型裂纹的应力强度因子)和J积分值,并分析了裂纹开裂长度、注蒸汽压力对裂纹尖端断裂参数的影响。结果表明,裂纹开裂长度对管道破裂影响最大。对于相同尺寸的裂纹,大管径材料具有较大的KI和J积分值,因此,大管径材料对缺陷更敏感。     

储罐大脚焊缝裂纹裂尖应力强度因子研究

储罐大角焊缝附近的应力水平最高,此处裂纹最为危险。为了研究该位置裂纹的断裂性能,利用有限元软件ANSYS提出了简化的储罐模型,并在简化模型基础上建立二维和三维裂纹模型,进行了大量的数值模拟,基于断裂力学知识计算了裂纹最深处的应力强度因子值,并且与规范GB/T 19624—2004和文献的计算结果进行对比,并进一步分析了裂纹位置及尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明,规范的方法与文中模拟的结果吻合良好;当底板裂纹与焊趾的距离超过12mm时,不必考虑焊趾放大系数;对焊趾位置所在截面的应力线性化结果不再适用于公式计算应力强度因子;当裂纹深度超多5mm时,有限元方法收敛性差,结果不再准确;深度方向垂直于构件表面的裂纹,最深处的应力强度因子最大。     

阵列型感应测井的多参数反演

提出采用Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法和ＳＡＭ－ＦＦＨＴ反演阵列型感应测井的资料。计算结果表明，足够多的感应测井曲线，能够可靠地获得二维电阻率剖面，文中给出两种反演方法；块状均匀质介质的多参数反演和象素级反演。其中象素级反演算法适用于纵向电阻率和径向电阻率缓变的地层。     

塔河油田缝洞型油藏油井产量的嘴流公式研究

国内外文献报道的油井嘴流公式，主要是基于孔隙型碎屑岩油藏油井的生产资料而建立的，而对于特殊类型的缝洞型油藏油井的嘴流公式未见报道。目前我国西部塔里木盆地以塔河油田为代表的缝洞型油藏开发规模不断扩大，现有的油井嘴流产量公式难以适应现场的需要。以塔河油田奥陶系缝洞型碳酸盐岩油藏为例，利用基于量纲分析原理的瑞利法和基于现场资料的多元线性回归方法建立了适用于缝洞型油藏的油井嘴流产量公，式。现场应用表明，利用新建立的公式对油井产量计算的相对误差小于10％。能满足油井产量计算与预测的需要。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹J积分计算

采用3点弯试件,运用有限元分析软件ANSYS对复合型裂纹尖端J积分进行计算。通过应力强度因子KⅠ、KⅡ与J积分之间的关系对计算结果进行比较,验证了断裂参量之间的相互关联性。对不同网格划分情况下J积分的计算结果也进行了对比。结果表明,网格划分对计算结果没有影响,如果仅计算J积分值,裂纹尖端不必采用奇异单元划分网格。     

含轴向裂纹等径焊制三通的塑性极限载荷

在几个简化假设的前提下 ,采用弹塑性有限元方法 ,系统分析了内压下含轴向裂纹的等径焊制三通的极限载荷及其变化规律 ,分别给出了含轴向裂纹、穿透型裂纹及表面裂纹的三通极限载荷的估算公式 ,并将估算公式计算出的值与有限元数值解进行了比较。结果表明 ,深短裂纹和浅表面裂纹对极限载荷影响很小 ,内表面和外表面两种裂纹形式对极限载荷的影响差别不大 ,可采用外表面裂纹来分析 ;给出的估算公式具有较高的精度和合理的保守性     

φ1000压力容器接管拐角疲劳裂纹扩展试验研究

该文主要探索一种适用于压力容器高应变区裂纹疲劳扩展的工程计算方法。通过一台φ1000×4500mm带接管的实物压力容器进行疲劳试验。根据实测应变,在推导计算过程中,将接管拐角裂纹简化成无限板边裂纹问题,算出△J经系数F和V修正后得到的△Jeff能很好地描述压力容器接管高应变区的疲劳裂纹扩展速率。     

格型有间隙平滑误差反褶积

为了解除最小平方反褶积的最小相位约束,本文讨论了有间隙平滑误差反褶积方法。利用Levison关系式,给出了格型结构的有间隙平滑误差滤波器的计算公式,并证明了混合相位的反褶积可归结为求有间隙平滑误差。文中给出的一系列理论试算结果表明,该方法适用于混合相位未知脉冲的最小平方反褶积。