海洋平台焊接接头低温疲劳裂纹扩展速率研究

针对海洋平台在交变载荷作用下的低温疲劳问题，对焊接接头处的低温疲劳裂纹扩展速率（da／dN）进行了研究。试样所用材料为海洋平台用钢ASTMA131，试样焊接接头的焊接工艺与实际管节点焊接工艺相同。试样接头部位承受弯曲循环载荷，试验环境温度分别为－25℃和20℃。通过对试验数据的处理，得出了低温和室温下的两条da／dN－ΔK曲线。结果表明，两曲线有一交点ΔKp，当应力强度因子幅值ΔK＜ΔKp时，低温环境下试样的da／dN低于室温，结构物偏于安全；当ΔK＞ΔKp时，低温环境下试样的da／dN大于室温，结构物偏于危险。     

4140钢焊接HAZ疲劳裂纹的延迟与扩展

利用２．５的过载继电器在应力比Ｒ＝０和０．５的等幅载荷和正载荷作用下，得到室温下下列状态材料：４１４０母材，焊后热处理后４１４０母材，焊态ＨＡＺ和后热处理ＨＡＺ的疲劳裂纹扩展特性。     

海洋平台构件的疲劳可靠性分析

回顾了海洋钻采平台构件疲劳可靠性研究的进展,归纳了疲劳可靠性原理在确定构件疲劳许用应力的应用方法,提出今后开展海洋平台结构疲劳可靠性的研究重点。     

API X52焊管管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率

对两种X52管线钢管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率进行了测试，发现两种焊管管母虽有50MPa以上强度差，但几乎有相同的疲劳裂纹扩展速率。而且，两种焊管焊缝及热影响区的疲劳裂纹扩展速率均低于管母，但在排除焊接残余应力导致的裂纹闭合效应后，两种焊管焊接接头的疲劳裂纹扩展速率均与管母相当。     

石油输送管线的疲劳裂纹扩展与寿命预估

用紧凑拉伸（CT）试件，测试了API5LX52管材及焊管接头的疲劳裂纹扩展速率，根据泵站的载荷谱，估算了管线的服役寿命。指出管线运行载荷谱及焊管缺陷对石油管线的服役寿命有重要影响。减少运行中管线的压力波动。消除焊趾缺陷。严格焊管生产的无损检查，对延长管线的服役寿命有重要作用。     

底座关键焊缝裂纹探测与扩展寿命预测

在海洋平台结构的无损检测中,现有文献要么仅探讨无损检测新技术在工程中的应用而无后续的断裂力学分析,要么仅采用有限元方法进行构件的断裂参量计算而无检测试验。鉴于此,基于交流电磁场技术对平台钻机底座关键部位焊缝进行表面缺陷的快速检测,通过磁场信号特征提取识别出裂纹缺陷,并分析裂纹产生的原因。在此基础上,采用有限元方法对裂纹所在结构进行三维实体建模与断裂力学分析,数值模拟应力强度因子(SIF)与裂纹长度之间的关系,并最终选取Paris公式确定疲劳裂纹扩展寿命。由计算结果可知,当钻井载荷循环84 012 124次后,在初始裂纹的基础上又往前扩展了67.987 2 mm。按钻机工作时给定的转速125 r/min,即频率为2.083 Hz计算,可连续工作约466.6 d。此时,裂纹已经完全穿透基梁的加强板和翼缘,基梁将会产生失稳扩展而很快断裂。研究结果可为平台钻机底座维修加固计划的制定提供科学依据。     

海洋平台导管架卷管横向焊接裂纹性质分析

针对海洋平台导管架卷管横向焊接裂纹的性质进行了分析研究。采用逐层剥离和着色法探伤后确定该裂纹主要位于热影响区靠近母材一侧,其尺寸大都在0.5 mm以下。对裂纹形态和夹杂物的成分分析发现,裂纹内含有大量成分复杂的多重夹杂物和低熔点共晶产物,裂纹体较宽,裂纹内表面光滑,呈明显的沿晶开裂特征,综合判断所发现的焊接横向裂纹为热影响区液化裂纹。     

导管架式海洋平台全寿命极限承载力计算研究

对平台在全寿命期内,计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤因素及其随机特性,基于固定式平台结构基底极限抗剪切能力计算方法,发展了一种平台全寿命期极限承载力计算方法。并以一位于墨西哥湾海域处八桩腿导管架平台为例,进行了平台全寿命期内动态承载力计算,同时考虑其随机分布的特性,进行了统计分析,得到平台在每个瞬时服役期内的极限承载力统计量随服役年限的变化规律。     

D级抽油杆疲劳裂纹扩展期剩余寿命预测

测定了四种常用Ｄ级抽油杆用钢在空气和３．５％ＮａＣｌ水溶液腐蚀条件下的裂纹扩展速率，计算了当抽油杆存在不同尺寸可扩展裂纹时的剩余寿命。结果表明，当杆体上存在深０．１ｍｍ可扩展裂纹，使用应力为１１７．６～３７２．６ＭＰａ时，尚可工作两个月到两年。裂纹扩展期的扩展规律表明，任何一种能引入表面残余压应力的表面强化方法，都可以提高抽油杆的使用寿命。     

海洋平台结构整体疲劳寿命的预测

介绍了海洋平台结构整体疲劳寿命预测的方法与步骤,给出了平台构件等效疲劳应力幅的简化计算方法和预测疲劳寿命的模型,并以渤海八号固定采油平台为例,对平台整体疲劳寿命进行了预测与分析。     

海洋平台用钢板状焊接接头的低温疲劳试验

在ＰＬＧ－３００ＫＮ高频疲劳试验机上配备低温环境室及其控制系统，对海洋平台用钢（Ａ５３７）焊接接头在低温和室温下进行了疲劳试验。试验结果表明：在高应力幅区，当应力幅值大于低温安全临界应力幅值时，低温环境会降低焊接接头的疲劳寿命，安全性差；在低应力幅区，当应力幅值小于低温安全临界应力幅值时，低温环境反而会增加焊接接头的疲劳寿命，安全性好。在低温环境中，大的交变载荷对接头的疲劳强度影响很大。     

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。     

海洋平台用A633钢焊接接头的概率断裂韧性

测定了海洋平台导管架用A633钢焊接接头在26℃、0℃、-20℃、-40℃和-50℃等5种温度下裂纹尖端张开位移(CTOD)临界值δC的统计特征参数。应用统计方法证实不同温度下CTOD临界值可应用Weibull分布或正态分布等来描述,并估计了相应的分布参数,由此可建立A633钢焊接接头P-T-δC曲线。这种曲线既反映CTOD临界值随温度的变化规律,同时又能描述CTOD值本身所具有的概率分散性。通过试验研究获得的基础数据可应用于海洋平台断裂安全性评估和缺陷容限分析。     

钻柱正弦屈曲对裂纹疲劳寿命的影响

针对钻进过程中由于屈曲段旋转产生的离心力导致的附加弯曲应力对该段的裂纹扩展与管柱寿命产生的影响,计算了屈曲段以ω角速度旋转时所产生的离心力,利用纵横弯曲梁理论求得了在该离心力作用下屈曲段所产生的最大附加弯矩和最大附加弯曲应力,并结合裂纹扩展理论,建立了考虑管柱旋转状态下屈曲对裂纹扩展寿命影响的模型,得出了以ω旋转的临界屈曲段裂纹扩展速率的解析表达式。算例表明,在钻进中由于发生正弦屈曲而产生的附加弯曲应力对该管柱上的裂纹扩展速率及其疲劳寿命有显著影响,在评价裂纹疲劳寿命时,不能忽视屈曲对裂纹寿命的影响。     

基于频率响应函数的海洋平台结构损伤检测

结构的损伤会引起结构频率响应函数的变化,对于导管架式海洋平台,考虑在不同位置、发生不同程度的损伤、发生多处损伤以及噪声影响时,通过用数值计算方法,利用结构频率响应函数的变化可以预测平台下部结构中构件的损伤。这种方法可对断裂构件进行初步定位;还可能判断多处损伤的存在;在10%随机噪声的情况下,仍可以判断平台下部构件的断裂损伤。     

含贯穿性损伤海洋平台结构强度分析

采用有限元方法,通过局部实体建模,提出一种海洋平台整体结构有限元分析方法,用实体模型模拟海洋平台构件连接处的贯穿性开裂损伤。建立多损伤模型,分析局部损伤对海洋平台结构整体强度的影响。以渤海的某一现役导管架平台为研究对象,根据设计规范,分析在环境极值载荷下平台的应力场。研究表明,当开裂损伤圆周弧长大于110°时,平台最大应力发生在损伤处,开裂损伤边缘应力值超过材料的屈服极限,使导管架撑杆产生塑性变形,最终会导致管件断裂。研究方法为现役平台的分析与评估提供了更为精确和符合实际的手段,为海洋平台的检测、维修决策和结构承载潜力挖掘提供了科学依据。     

采油平台桩腿的疲劳与腐蚀损伤和寿命预测

介绍了在海上腐蚀环境中的疲劳寿命试验，给出了试验得出的S－N曲线及da/dN-ΔK曲线，得出了服役海上平台桩腿的疲劳损伤计算方法。考虑了海水中的均匀腐蚀损伤及点蚀损伤，给出了这些腐蚀损伤的计算方法。根据疲劳与腐蚀损伤的综合评价，给出了桩腿寿命的预测方法。通过报废平台构件的材料强度试验，给出了平台桩腿材料机械性能的损伤分析。     

西气东输用焊接钢管疲劳可靠性寿命评估

通过疲劳试验, 建立了西气东输用X70焊管焊接接头材料在 0 5、0 999、0 999 9和0 999 99等 4种可靠度下的疲劳寿命曲线, 即P S N曲线; 根据西气东输管道输气量不均匀系数,建立了X70焊接钢管所承受的载荷谱; 基于焊接接头材料可靠性疲劳寿命P S N曲线和管道载荷谱,采用Miner累积损伤准则, 估算了X70焊管的疲劳可靠性寿命。在 0 999、0 999 9和 0 999 99等 3种目标可靠度下, 西气东输用X70焊管的疲劳寿命均超过 30a, 在管道设计寿命内X70焊管不会发生疲劳破坏。     

海洋平台受力改善及能量耗散疲劳延寿方案

采用能量耗散及受力缓冲原理,对正在服役的海洋平台添加部分可更换的阻尼减振耗能装置,以减小平台所受的最大作用力,减少平台疲劳振动次数,从而有效延长平台剩余服役期限。为了减小冲击的影响,采用起缓冲作用的措施:①在平台构件的受外力端点处配置弹簧、放置橡皮垫圈;②添加阻尼器,直接改变构件结构。结果认为:受力改善及能量耗散思想可以应用于浅海平台的延寿;采用加大受力点阻尼,减小系统弹性系数,可明显减小系统受到不恒定力的最大值;阻尼耗能装置也可直接应用于平台的初期建造;在不改变传统设计的基础上,延长平台的设计年限。