速度梯度对立管涡激振动疲劳损伤影响分析

将钢悬链式立管SCR(Steel Catenary Riser)简化为索模型,首先对立管进行了模态分析,并通过模态叠加法计算了涡激振动响应。然后基于瑞利分布,对立管进行了疲劳损伤分析,得到了立管的年疲劳损伤率。以1 500 m水深Spar平台相连接的钢悬链式立管为例,通过改变剪切流的来流梯度来研究其对疲劳损伤产生的影响。计算结果表明,立管最大疲劳损伤通常出现在边界区域,并且随着来流速度梯度的减小,立管的能量激励区域增大,疲劳损伤也随之变大。     

超深水钻井隔水管-井口系统涡激振动疲劳分析

超深水钻井作业经常发生隔水管涡激疲劳问题,而由隔水管涡激振动(VIV)引起的井口系统疲劳可能更为严重。根据超深水隔水管-井口系统VIV疲劳分析算法与计算流程,建立隔水管-井口系统整体有限元模型,通过模态分析提取各阶模态下所有节点的振型、斜率和曲率,应用SHEAR7程序进行详细疲劳分析,识别系统关键疲劳部位,评估系统的VIV疲劳寿命,并研究顶张力、防喷器(BOP)、导管结构尺寸及井口出泥高度对井口系统VIV疲劳特性的影响规律。针对南海某超深水井的隔水管-井口系统进行实例分析,结果表明,超深水隔水管 井口系统容易发生多阶模态振动,系统最大疲劳损伤位于导管上,系统疲劳寿命满足作业要求,适当提高顶张力、采用小型化的BOP、增大导管抗弯刚度以及降低井口出泥高度均可有效改善井口系统的VIV疲劳性能。     

冰区海洋平台疲劳可靠性评估方法的研究

给出了在随机波浪载荷和冰载荷作用下平台构件疲劳损伤的一种计算方法,并利用该方法分析了平台单个构件和平台整体的疲劳可靠性.用指数函数对波浪和海冰作用下平台构件的疲劳应力、应力循环次数和环境参数的关系进行了拟合,拟合精度很好.根据拟合的指数函数,并基于S-N曲线和Miner线性累积疲劳损伤理论,推导出构件疲劳损伤的计算公式,使构件疲劳损伤的计算过程得到很大简化.在此基础上给出了单个构件的疲劳可靠性计算公式,提出了平台整体疲劳失效的简化判断依据和平台关键失效模式的确定方法,并给出了平台整体失效概率的计算方法.计算实例表明,该方法简单可靠,可以有效地用于工程实际.     

盘式刹车制动盘的高温失效机理和寿命计算

使用盘式刹车下放管柱数较多时，等效应力已超过制动盘材料（铸钢）的屈服极限，制动盘产生塑性变形。在分析盘式刹车热应力及温度场特征的基础上，指出热疲劳与蠕变的交互作用是制动盘失效的主要机理。依据热疲劳理论和蠕变理论导出了一次下放管柱作业过程中在变动温度、变动应力作用下制动盘的热疲劳损伤及蠕变损伤的计算公式，并根据疲劳－蠕变线性累积损伤法则导出制动盘破坏的寿命计算公式，认为总损伤φ≥1时，制动盘失效。     

H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法

为了有效使用H级抽油杆,对其许用应力计算方法和疲劳寿命预测方法进行了研究。在对H级抽油杆进行室内拉伸试验的基础上,计算了其抗拉强度与屈服强度的比值,根据该比值将H级抽油杆API最大许用应力计算系数由0.562 5修改为0.716 3;拟合建立了H级抽油杆的应力-疲劳曲线,折算了H级抽油杆在应力比为0.1条件下的极限疲劳应力;通过H级抽油杆在不同介质中和不同冲次下的疲劳测试,获得了含水率和冲次与抽油杆寿命的关系。研究的H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法,在长庆油田杏南作业区10口井进行了应用,结果表明,利用该方法对H级抽油杆进行优化设计可以改善其受力条件,充分发挥H级抽油杆的性能,使其满足现场生产对杆柱应力、寿命的需求。      

压缩机曲轴的模态分析和疲劳分析

应用Ungraphics(UG)软件建立了PH40115型往复活塞式压缩机曲轴的实体模型,利用ANSYS软件对曲轴进行有限元模态分析,采用BLOCK LANCZOS方法进行模态计算,得到了PH40115型压缩机曲轴在固定约束下的前6阶固有频率及其对应的振型.采用材料的热弹塑性模型进行求解,得出了轴颈圆角处从表面至心部和整个圆角表面的随深度变化的残余应力分布.使用兰德格拉夫损伤公式计算PH40115型压缩机的曲轴疲劳寿命为2.30 a.这些结果对曲轴的设计、制造及维修有重要意义.     

修井动力水龙头疲劳有限元分析方法研究

基于Palmgren-Miner疲劳损伤累加理论,提出了一种与动力水龙头工作实际相符的疲劳寿命有限元分析方法。在考虑应力集中、零件尺寸、表面条件、腐蚀状态及载荷变化影响的基础上,确定了满足FEM 1.001规范的材料S-N曲线计算和修正方法。以提环为研究对象,采用该方法进行疲劳寿命有限元模拟。结果表明,提环疲劳寿命值高于动力水龙头服役周期工作总次数,提环疲劳寿命满足设计要求。     

具有慢,快模态控制系统最优调节器的设计

对具有慢、快模态的控制系统进行精确分解，得到两个完全解耦的低阶子系统。通过线性变换可以将系统完全分离，使求解高阶代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程的计算转换为求解低阶的代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程，同时消除了这类系统在数值计算上存在的“硬数学”，简化了设计计算过程，通过迭代计算可以达到任意要求的精度。     

奇异摄动控制系统的迭代分解方法

文章提供了一种奇异摄动控制系统的迭代分解方法。该法是对具有慢变和快变模态的高阶系统通过变换,逐次进行分离,使分解得到的低阶模型之间的耦合关系逐渐下降,从而对各低阶模型分别进行求解;然后、依据各次的变换关系,可以求出原系统的状态变量。只要适当增加迭代次数,可以使要求的精度得到满足,从而放宽对小参量ε的限制。而且,在计算上迭代方法比渐近展开法更为简单。文章最后给出了一个实例,并介绍了该法的计算过程。     

水平钻井钻柱疲劳损伤的评估

在水平钻井中,当旋转的钻柱通过造斜段、弯曲段时,由于循环弯曲应力而造成钻柱的疲劳损伤;损伤是可以积累的,钻柱每旋转一周时将受到一次疲劳损伤,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。文中研究了水平钻井钻柱疲劳损伤评估、检测优化、缺陷评定、钻柱疲劳寿命预测及可靠性的分析与评估。并提出了相应的计算模型,编制了程序软件。该软件可计算和预测钻柱组合中任一钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤、剩余疲劳寿命,可以连续动态跟踪预测某一钻柱在各并段钻进过程中受力和交变弯曲的数值大小,较之API规范推荐的图解法在精度上有较大提高;对钻柱的合理使用与监控具有重要参考价值。     

合成塔谱载作用下低幅值载荷对疲劳裂纹扩展寿命的影响

近年来,国外虽然己对压力容器的变幅值进行了疲劳研究,但尚未见到编成的载荷谱。笔者用16MnR制成CCT试件,在计算机控制的MTS疲劳试验机上进行了15级合成塔等均值试验谱的疲劳试验,找出了最低幅值载荷对疲劳寿命的影响,并与累积损伤公式计算的结果进行了比较。     

破碎卵石沥青混合料配合比设计研究

采用贝雷设计原理进行了破碎卵石的级配设计,并采用马歇尔设计方法,确定了最佳级配及其沥青含量。针对破碎卵石与沥青粘附性较差的特点,采用水泥作为抗剥落剂,进行了室内性能验证,试验结果证明破碎卵石沥青混凝土路用性能能够满足规范要求,可以在路面生产中应用。     

西气东输二线X80钢管焊缝疲劳寿命分析

输气管道运行过程中,输气量的变化会导致管道承受一定的波动压力,造成管道发生疲劳损伤,从而威胁管道的安全。通常在管材疲劳寿命测试和分析中尚未考虑置信度和安全概率的要求,不能完全满足管道可靠性评估的需要。为此,通过对管道焊缝材料进行疲劳实验,采用单边容限分析方法,同时考虑安全概率和置信度要求,建立了不同安全概率下西气东输二线X80钢管焊缝的疲劳寿命曲线;根据管道输气量不均匀系数,建立了管道的应力谱;在此基础上利用损伤累计原理评估了西气东输二线管道焊缝疲劳可靠性寿命。计算结果表明,在设计寿命周期内,西气东输二线管道不会发生疲劳破坏。该方法可以为管道疲劳寿命分析和可靠性评估提供依据,具有一定的工程应用价值。     

钻柱失效机理分析

阐明了定向钻井过程中,钻柱由于弯曲交变循环应力而造成的疲劳损伤是可以积累的,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。对钻柱进行了动载力学分析和疲劳寿命预测,提出了相应的计算模型,可以计算钻柱组合中任意钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤,预测使用寿命。对钻柱的合理使用与监控以及预防钻柱失效具有较大的参考价值。     

复杂载荷作用下海上导管架的疲劳寿命研究

研究估算海上导管架的疲劳寿命及可靠性分析具有十分重要的意义。对海上导管架在复杂环境条件和操作条件下的疲劳损伤进行了系统和深入研究,在Pairs公式和Mason公式的基础上进一步推导,将多种载荷对导管架疲劳的影响综合在一起,提出了复杂载荷作用下的疲劳分析公式。Miner法则认为3种载荷作用下导管架的疲劳损伤可以用各自单独作用下的疲劳损伤计算获得,并将具体数据代入公式计算,验证了该方法的正确性。     

基于SACS的海洋平台疲劳可靠性分析

采用随机波浪谱和线性疲劳累积损伤理论对导管架式海洋平台在波浪荷载作用下的疲劳可靠性进行研究.波浪栽荷使用Morison方程计算,并以Stokes波浪理论计算水质点速度.平台结构疲劳可靠性分析采用频域分析,假设作用于结构的应力范围服从Rayleigh分布,用结构应力传递函数和P-M波浪谱得到结构的均方根应力值,然后根据Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳损伤的概率分布函数,从而求得结构在随机波浪作用下导管架的疲劳损伤和使用寿命.分析考虑了波浪对结构疲劳强度影响的随机性.根据此理论使用SACS软件对辽东湾海域某导管架平台进行了计算,说明了该方法的实用性和简便性.     

某车载固压设备车架结构强度及模态分析

车载固压设备在道路行驶以及工作时主要承受弯曲、扭转、纵向及侧向等类型的载荷,为验证其车架强度及动态特性,对其进行了结构强度和模态分析。首先建立该车架三维模型,然后导入ANSYS中,建立有限元模型;最后对其进行模态分析及4种典型工况(满载弯曲、满载扭转、紧急制动和紧急转弯工况)下的强度分析。研究结果表明:自由模态下车架前12阶固有频率在48 Hz内,车架无共振现象,但约束模态下频率有所增加;车架在紧急转弯工况下应力最大,为213 MPa,低于车架屈服极限,满足车架结构设计要求。研究结果为车架响应分析提供了重要模态参数,为车载固压设备的结构设计提供了参考。     

基于损伤力学的HL级抽油杆疲劳分析研究

抽油杆在使用过程中受到损伤会对其安全性能造成影响。为分析损伤对HL级抽油杆安全性能的影响程度,根据损伤力学原理建立了抽油杆疲劳损伤演化模型,采用有效应力法与ANSYS有限元软件,对裂纹损伤、蚀坑损伤和偏磨损伤3种损伤形式下HL级抽油杆的剩余疲劳寿命进行了数值模拟。通过正交试验分析了3种损伤形式下深度、宽度、角度等影响因素对HL级抽油杆剩余疲劳寿命的影响,并利用多元回归方法得到了疲劳寿命与影响因素的关系式。模拟结果表明,3种损伤形式下影响抽油杆疲劳寿命的因素,按影响程度高低排列:裂纹损伤,依次为裂纹的位置、角度、深度和宽度;蚀坑损伤,依次为蚀坑的位置、深度和半径;偏磨损伤,依次为偏磨的位置、深度和长度。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素回归关系式的调整决定系数分别为82.0%、94.0%和90.9%。研究结果表明:损伤位置对HL级抽油杆疲劳寿命的影响极其显著;裂纹深度、角度,蚀坑深度和半径及偏磨深度的影响显著;裂纹宽度也有一定影响。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素的回归关系式,可为判断HL级抽油杆的剩余寿命提供依据。      

导管架平台的疲劳损伤计算方法研究

导管架平台在服役期间承受风、浪、流、冰的作用,如何准确评估导管架平台在海上复杂环境条件下的疲劳损伤是海洋工程界面临的一大难题。文章结合Miner线性法则、Paris公式和Manson公式,分析了单一谱载荷作用下导管架的疲劳损伤,探讨了随机载荷作用下海上导管架的总疲劳损伤的计算方法,并给出算例。     

不同内压作用下连续管疲劳寿命有限元分析

为了弥补理论计算难以准确预测连续管疲劳寿命的不足,用ANSYS Workbench有限元分析软件建立了工作状态的连续管三维有限元力学分析模型,给出了连续管疲劳寿命有限元分析步骤,分析了不同内压作用下连续管的疲劳寿命,考察了壁厚对连续管疲劳寿命的影响,并与之前文献通过试验方法得到的结果进行比较。研究结果表明:不同内压作用下,不同壁厚连续管疲劳寿命有限元软件计算结果与试验结果趋势相同,最大误差小于8.46%,平均误差5.84%~7.04%,满足工程精度要求,可以采用有限元方法进行连续管疲劳寿命分析;增加壁厚不仅可以增加连续管的强度,还可以延长其疲劳寿命。