高真空多层绝热低温管道内管路波纹管应力非线性有限元分析

广泛用于LNG等输送的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常使用波纹管膨胀节来补偿其内管的冷缩变形,波纹管由于工作在深冷环境中且要承受液体内压,在实际使用过程中常出现断裂进而导致整个管道失效。为此,介绍了HV-MLI低温管道的基本结构,建立了波纹管有限元模型,在HV-MLI低温管道输送LNG、LO_2及LN_2的不同工况下对波纹管进行了应力非线性有限元计算,分析了轴向位移载荷及内压载荷分别作用下的波纹管响应状况,并结合国家标准GB/T 12777—2008对所用波纹管进行了强度及疲劳寿命校核。结果表明:(1)波纹管满足HV-MLI低温管道使用要求;(2)输送LN_2工况时波纹管等效应力最大,波纹管波峰内表面为危险点,此时可以考虑适当降低介质输送压力;(3)轴向位移载荷引起的波纹管子午向应力远超过材料的屈服极限,是引起波纹管疲劳损坏的主要因素,在管道设计及使用时应严格控制其数值。     

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.     

深水油气水下井口系统疲劳损伤影响因素

深水油气水下井口系统作为作业的安全屏障，长期承受由环境载荷引起的周期性疲劳载荷而产生疲劳，一旦井口发生疲劳失效将导致井喷等重大事故。通过系统总结水下井口系统疲劳损伤影响因素，定性、定量分析各种因素对水下井口疲劳损伤影响，初步探究水下井口疲劳损伤诱因的影响机理。影响水下井口系统疲劳损伤因素可分水下井口系统承受外部载荷和自身疲劳抗力，前者包括环境载荷、土壤载荷、作业环境和装备等因素，主要通过改变传递到井口系统动载荷和导管、套管承受弯矩载荷改变井口疲劳损伤；后者包括井口类型选择、井口设计和导管、套管选择等因素，主要通过改变导管、套管载荷分配和承受弯矩载荷能力以及井口系统承受动载荷能力对井口疲劳损伤产生影响。其中，环境载荷、防喷器尺寸重量、井口类型以及焊接质量和位置等是影响井口疲劳损伤的关键因素。     

30CrMoA抽油杆失效分析

为了研究抽油杆的失效原因和减少抽油杆的断井事故,对现场取回的抽油杆失效样品进行几何尺寸测量和理化性能检测,并对断口进行宏观、微观分析及载荷分析。检测及分析结果显示,抽油杆几何尺寸、理化性能符合相关标准要求,满足其使用性能要求;断口起源于机械损伤部位,随着周期性的载荷作用,疲劳损伤不断积累,最终导致抽油杆扳手方发生疲劳断裂,裂纹宏观及微观均呈现疲劳裂纹扩展特征。失效分析结果表明,要保证抽油杆的使用安全,除产品质量这一重要因素外,对抽油杆的使用过程进行监测控制也是很重要的环节。     

波纹管补偿器安全状态可靠性计算及软件开发应用

波纹管补偿器依据波纹伸缩对工况中产生的机械位移、热膨胀进行补偿,其所处工况复杂,服役过程中较易发生疲劳、腐蚀和失稳等失效问题,将会严重影响生产甚至造成财产损失。利用可靠性工程理论,结合GB/T 35990—2018《压力管道用金属波纹管膨胀节》,建立了波纹管补偿器极限状态方程,推导出了波纹管补偿器主要失效类型的失效概率计算公式。结合VB语言设计开发了波纹管补偿器安全状态计算软件,以提高波纹管补偿器安全状况分析效率。以实际工程项目为例,介绍了计算软件的使用过程。     

在役煤气动力管网剩余寿命评估：波纹管损伤和疲劳寿命分析

通过对在役煤气动力管网中失稳变形波纹管膨胀节的损伤分析,发现波纹管失稳变形主要是由于安装误差和地基下沉而引发的.通过对变形波纹管的疲劳模拟试验,结合理论分析计算,评估出波纹管膨胀节的剩余疲劳寿命,可为整个在役煤气动力管网的剩余寿命评估打下基础.     

海洋钻井隔水管适用性评价技术研究

根据海洋钻井隔水管自身特点,采用基于断裂力学的单根适用性评价方法,考虑隔水管疲劳载荷特点和海浪的随机载荷影响,通过分析和控制缺陷扩展可以避免疲劳失效,并进行剩余疲劳寿命预测。计算实例表明,波浪载荷是造成海洋钻井隔水管疲劳损伤的重要原因,海洋钻井隔水管的初始裂纹尺寸a0越小,其疲劳寿命越长,反之,则寿命越短。因此,提高裂纹检测水平,以及尽早发现细小缺陷对延长钻井隔水管的剩余寿命至关重要。     

钻铤螺纹连接疲劳失效研究

钻铤螺纹连接失效是钻铤失效的主要形式，在整个钻具失效事故中占很大比重。从分析螺纹载荷分布和螺纹应力分布入手，得出造成钻铤螺纹连接疲劳失效的原因是螺纹连接载荷分布极不均匀和应力局部集中，并据此提出了通过降低啮合区螺纹牙高度和采用不同摩擦系数的螺纹脂使载荷分布更合理、加工应力减轻槽改善应力分布和对螺纹表面进行处理预防钻铤连接疲劳失效的工艺技术措施。     

钻铤螺纹联接载荷分布规律与疲劳失效

钻铤螺纹联结失效是钻铤失效的主要因素,在整个钻具失效事故中占很大比例。疲劳是导致螺纹联接失效的主要原因。文中从螺纹载荷分布入手,运用有限元软件分析螺纹疲劳失效机理,最后提出预防螺纹先期疲劳失效的措施。     

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。     

压裂泵虚拟试验连杆疲劳性能研究

压裂泵动力端的连杆在交变载荷的作用下会产生疲劳裂纹,随后裂纹迅速扩展,直至连杆疲劳断裂失效。为了探究裂纹产生的位置及裂纹扩展的过程,进行连杆的3种极限工况的有限元静强度分析,结果表明:在连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区有应力集中,并且出现最大Mises 应力。连杆的疲劳分析结果表明:靠近连杆大头的连杆杆身部分、连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区是连杆疲劳安全系数最小的位置。裂纹的萌生和扩展都是发生在应力集中的区域,因此连杆在这2处区域萌生裂纹的可能性最大。在靠近连杆大头的连杆杆身部分的过渡区进行裂纹扩展模拟计算,分析了连杆的裂纹扩展规律,预测了连杆的疲劳裂纹寿命,结果表明:当裂纹长度为16.9 mm时,连杆的疲劳裂纹寿命约为8.85×10⁴次。     

循环水风机叶片U型螺栓断裂分析

某石化厂循环水冷却塔风机叶片U型螺栓发生断裂.采用了宏观检查、化学成分分析、金相分析、扫描电镜和能谱分析等检测手段查找断裂失效原因.分析认为:U型螺栓断裂失效是材质因素、腐蚀性介质、拉伸应力和交变应力等因素的共同作用造成的,腐蚀类型包括应力腐蚀、晶间腐蚀和腐蚀疲劳.在螺栓表面局部应力集中处产生晶间应力腐蚀裂纹,裂纹扩展到一定程度后成为腐蚀疲劳的裂纹源.随着裂纹不断地扩展,当螺栓有效截面的承载能力不足以抵抗外加载荷时,就会发生瞬时断裂.根据分析出来的原因,制定了预防措施.     

普光气田气体钻井钻具失效原因分析及预防措施

气体钻井技术虽然大幅度提高了普光气田上部陆相地层钻井速度，但屡次出现钻具失效事故，不仅影响钻井速度，而且威胁井下安全。分析了钻具失效规律，并通过宏观分析判断钻杆为疲劳和腐蚀疲劳断裂，钻铤为疲劳断裂。从气体钻井自身因素、钻柱运动（包括公转和纵向共振）、钻具腐蚀、钻井方式、钻铤弯曲强度比不足等方面分析钻具失效原因，提出使用空气锤钻井技术、加强钻具探伤、优化钻具组合和钻井参数、缓解钻具腐蚀、加强钻柱振动监测等预防措施。指出应加强气体钻井钻具失效的微观机理、钻柱运动与动力学、岩屑对钻具的冲蚀磨损、钻具腐蚀、消除钻柱公转等方面的研究以预防钻具失效。     

抽油杆表面椭圆裂纹应力强度因子有限元分析

运用三维有限元法求解抽油杆杆体及接头不同部位表面椭圆裂纹在拉伸载荷下的应力强度因子。采用Ｉｎｇｒａｆｆｅａ方程由裂端２０节点奇异单元位移场可精确、连续地给出应力强度因子沿裂纹线的变化，实验验证表明，运用三维有限元分析所得到的应力强度因子有较高的工程精度。应用此结果，可对抽油杆不同部位的裂纹问题作断裂与疲劳分析。     

抽油机井油管断裂失效性质的判定

油管内壁载荷谱测定进一步明确了油管在工作状态下承受轴向拉 -拉交变载荷 ,其断裂部位全部在应力集中的齿根处。对油管断口进行了宏现和微观形貌分析。宏观上可明显观察到疲劳断口的裂纹扩展区和瞬断区 ;微观上在少数油管断口中观察到了典型的疲劳辉纹 ,在很多断口上观察到了疲劳台阶和二次裂纹。由此可以断定油管断口属疲劳断口 ,油管的断裂失效性质是疲劳断裂。     

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。     

某S135钻杆管体断裂失效原因分析

针对某井下S135钻杆管体出现的断裂失效现象,通过无损检测、化学成分、力学性能、金相以及旋转弯曲疲劳寿命试验分析等方法,对S135钻杆出现断裂失效的原因进行了分析。分析认为,钻杆在腐蚀介质下产生腐蚀坑,在交变载荷的作用下,腐蚀坑底萌生疲劳裂纹并扩展,最终导致钻杆管体断裂失效。建议对该批钻杆进行外表面磁粉及超声波无损探伤检测,以避免带有裂纹的钻杆下井使用;当钻速发生数量级的突变时,应对钻遇岩层的岩性和钻头的磨损程度进行综合分析,及时起钻检测钻头,避免同一钻杆在复杂位置长时间工作。     

大型储罐底板角焊缝的渗透检测

储罐容器的底板角焊缝受交变载荷影响,容易产生疲劳裂纹.受结构限制,储罐底板角焊缝的无损检测方法一般选择渗透检测.由于储罐底板内外部角焊缝受力情况不同,对渗透检测的结果造成一定影响.因此只有选择正确的检测方案,才能达到准确检验大型储罐底板角焊缝目的,为大型储罐的安全运行提供保障.     

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。