石油钻杆公接头螺纹牙根部表面裂纹有限元计算

基于管螺纹连接的简化模型,采用三维有限元位移法,求解不同型号石油钻杆公接头螺纹牙根部具有不同形态的半椭圆表面裂纹在内压、弯曲、拉伸及扭转载荷下的应力强度因子。在大量有限元数值计算基础上,给出了包含接头螺纹结构参数及裂纹形态参数在内的应力强度因子的近似计算公式。     

钻杆公接头台肩转角处表面裂纹有限元计算

论述应用三维有限元位移法，对不同型号钻杆公接头台肩转角处不同形态半椭圆表面裂纹在内压、拉伸、弯曲和扭转载荷下应力强度因子进行计算的方法。在大量有限元数值计算的基础上，给出包括公接头结构参数及裂纹形态参数在内的应力强度因子的近似计算公式。     

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。     

斜置半椭圆表面裂纹应力强度因子分析

通过大型有限元软件ANSYS,采用实体建模法建立了半椭圆表面裂纹的有限元模型,并分析了具有偏心距的斜置半椭圆状表面裂纹应力强度因子的变化曲线,以及偏心距e、斜置角度α、椭圆角θ对应力强度因子的影响,丰富了半椭圆表面裂纹的研究内容,可为工程实际应用提供参考。     

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。     

管道含外表面裂纹时的疲劳寿命预测研究

为有效预测含外表面裂纹管道的疲劳裂纹扩展寿命,基于扩展有限元方法,计算了不同管道半径厚度比、裂纹形状参数、裂纹相对深度下的管道外表面裂纹的应力强度因子。研究结果表明:管道外表面裂纹形状因子随裂纹相对深度的增加而增大,且随着裂纹形状参数的增大,其增加趋势更加显著;裂纹相对深度相同时,裂纹形状参数越大,裂纹形状因子越大;管道半径厚度比对管道外表面半椭圆裂纹形状因子的影响较小。在此基础上,建立了管道外表面裂纹应力强度因子的工程计算模型及基于Forman方程的含外表面裂纹管道的疲劳寿命预测模型。同时,开展了0Cr18Ni10Ti材料管道的三点弯曲疲劳试验,试验结果验证了所建含外表面裂纹管道疲劳寿命预测模型的有效性。该疲劳寿命预测模型可为管道结构工程设计提供参考。     

抽油杆螺纹段表面裂纹应力强度因子实验研究

使用James-Anderson方法,通过实验得到了抽油杆杆头螺纹段带预紧力情况下螺纹根部部分椭圆表面裂纹最深点和表面点的应力强度因子表达式。实验过程中,把20CrMo钢5/8英寸抽油杆杆头螺纹段带预紧力的试件,用应变片控制施加的预紧力使之满足工程实际,然后用降载勾线技术描绘出了螺纹根部横截面上缺陷源的疲劳扩展线,由此取得了一系列疲劳裂纹扩展速率数据,并结合疲劳断裂力学标准试样测定的材料性能,得出试件螺纹段螺纹根部部分椭圆表面裂纹最深点和表面点的应力强度因子幅值。再引入这二点应力强度因子正则系数Ya、Ys,又得出一系列相对于顿裂纹形状a/c,和相对深度a/r的Ya、Ys数据。再用拟合法得到函数Ya(a/r,a/c),于是得出应力强度因子表达式。将表达式用于估算试件的疲劳寿命,估算表明,与实验结果符合。证明表达式的正确性,可以在工程上实用。     

SL450水龙头提环三维有限元分析

分析了ＳＬ４５０水龙头提环三维应力场，并采用三维有限元位移法对危险截面处不同形态和不同深度表面椭圆裂纹的应力强度因子进行了求解，给出了应力强度因子沿裂纹前缘的变化规律。按有限元数值，拟合出了应力强度因子的近似计算式，为预测带裂纹水龙头提环的承载能力和剩余寿命，确定探伤周期，制定判废标准等提供了必要的断裂分析参数。     

焊趾表面裂纹的形态发展曲线与疲劳寿命预测

以作者开发的焊趾半椭圆表面裂纹应力强度因子数据库ＳＩＦＳＣ及基本模式法为基础，给出了应力场中焊趾表面裂纹在疲劳扩展过程中形态变化规律及寿命的工程分析方法，并用这个方法计算了一些焊接头在一些典型外加应力场和残余应力场中的裂纹形态发展曲线（ＣＡＤＣ）。只有按裂纹扩展的自然途径，即按ＣＡＤＣ来计算，才能得出正确的疲劳寿命估算。残余应力及角接接头中夹板的存在对疲劳寿命有不可忽略的影响。     

含半椭圆裂纹石墨换热管动力特性计算

利用有限元方法,研究了含半椭圆表面裂纹石墨换热管的动力特性,计算了单裂纹、多裂纹以及不同位置裂纹等多种工况下的频率和振型。采用插值法计算了环形截面半椭圆表面裂纹的应力强度因子,通过对裂纹面积分求出裂纹引起的附加应变能,导出含裂纹单元体的刚度矩阵,继而应用有限单元法在Matlab环境下编程计算出该裂纹管的动力特性。     

石油钻杆接头表面裂纹应力强度因子三维有限元分析Ⅰ.计算方法与模型

给出了三维有限元位移法求解表而裂纹的纂本计算公式通过若干算例表明,本文所用的求解方法能较精确地给出应力强度因子沿裂纹前缘的变化规律,提出了石油钻杆接头螺纹连接的简化模型、合理地模拟了载重荷沿螺纹齿的分布规律.     

内压作用下含内表面环向裂纹光滑弯管的应力强度因子

应用大型通用有限元分析软件Ansys,建立含内表面环向裂纹的光滑弯管在内压作用下的模型,计算出不同裂纹尺寸的应力强度因子和形状因子,绘制曲线并进行分析,其结果可供工程安全评定使用。     

U形管周向表面椭圆裂纹应力强度因子分析

通过在裂纹尖端设置奇异单元，建立了受内压U形管弯管部分表面周向椭圆裂纹的断裂力学分析模型，运用有限单元方法对裂纹前沿各点应力强度因子进行了分析研究，得到了裂纹前沿最深点的应力强度因子修正系数F1随Ri／R、a／b、a／t而变化的曲线图谱。     

抽油杆杆体表面裂纹应力强度因子近似式研究

本文以拉伸无限体中椭圆片裂纹应力强度因子的精确解析解为基础,引入抽油杆杆体自由表面边界影响系数M,并将抽油杆杆体局部表面缺陷简化为部份椭圆表面裂纹,于是就将有局部表面缺陷的抽油杆杆体问题简化为有部份椭圆表面裂纹的拉伸圆杆问题。在假设拉伸圆杆部份椭圆表面裂纹的变形为“部份椭球”的条件下,得到了M与该表面裂纹嘴中心张开位移Δ₀之间的关系,简称M-Δ₀公式,用变载勾线法勾画不同裂纹形状,用实验测定相应Δ₀,用M-Δ₀公式计算相应的M值,将不同裂纹形状下的M数据进行数学回归,得到了系数M(a/r,a/c)函数,从而得到了抽油杆杆体局部表面裂纹应力强度因子近似式。将对应的表面裂纹形状最深点的数值与文献的结果进行了比较,比较表明,二者大体一致。     

抽油杆杆体表面裂纹应力强度因子近似式研究

本文以拉伸无限体中椭圆片裂纹应力强度因子的精确解析解为基础,引入抽油杆杆体自由表面边界影响系数M,并将抽油杆杆体局部表面缺陷简化为部份椭圆表面裂纹,于是就将有局部表面缺陷的抽油杆杆体问题简化为有部份椭圆表面裂纹的拉伸圆杆问题。在假设拉伸圆杆部份椭圆表面裂纹的变形为“部份椭球”的条件下,得到了M与该表面裂纹嘴中心张开位移Δ₀之间的关系,简称M-Δ₀公式,用变载勾线法勾画不同裂纹形状,用实验测定相应Δ₀,用M-Δ₀公式计算相应的M值,将不同裂纹形状下的M数据进行数学回归,得到了系数M(a/r,a/c)函数,从而得到了抽油杆杆体局部表面裂纹应力强度因子近似式。将对应的表面裂纹形状最深点的数值与文献的结果进行了比较,比较表明,二者大体一致。     

抽油杆剩余寿命与初始表面裂纹形状关系研究

在简要介绍了能量差率法求解抽油杆表面半椭圆裂纹应力强度因子的基础上,对抽油杆剩余寿命与初始表面裂纹的关系做了进一步的研究。结果表明,抽油杆表面裂纹的初始裂纹面积与抽油杆的剩余寿命是对应的关系,利用试验手段确定抽油杆表面裂纹的初始裂纹面积,就可以确定其寿命。此结论对于工程实际中应用无损探伤技术预测抽油杆剩余寿命有重要价值,可大幅度缩减抽油杆剩余寿命预测的时间及工序。     

具有新型连接螺纹减应力区的钻具配合接头

为解决钻具连接螺纹在交变弯曲应力作用下的疲劳失效问题,研究设计了具有新型连接螺纹减应力区的配合接头,即在配合接头本体上设置减应力结构来降低连接螺纹部位的应力水平。通过有限元计算与分析,得到应力释放效果最好的是母线为椭圆线的减应力结构。评价分析了减应力区开口位置、宽度和深度等参数对应力释放效果和配合接头强度的影响。     

DDZ5—18—350牛头钻杆吊卡断裂分析

对ＤＤＺ５－１８－３５０牛头钻杆吊卡三维应力场进行分析后，采用有限元位移法，求解危险截面处不同深度和形态表面角裂纹的应力强度因子，给出了应力强度因子沿裂纹前沿的变化规律。根据有限元数值，拟合出关于角裂纹特征参数的无量纲应力强度因子表达式，为预测带裂纹的牛头钻杆吊卡的承载能力、剩余寿命、确定探伤周期和制定判废标准等提供了必要的断裂分析参数。     

裂纹型缺陷对套管承载能力影响研究

套管裂纹缺陷中最危险的是表面裂纹，可分解成表面周向裂纹和表面轴向裂纹问题。采用能量差率方法，将裂纹的三维问题转化为二维问题，获得了关于裂纹张开位移的伯努利方程的简化封闭解，导出了空心圆管内、外表面的周向半椭圆表面裂纹在轴向拉伸载荷作用下的应力强度因子的封闭解，并在实例中用双边界元法证明了封闭解的正确性；对轴向裂纹的应力强度因子，比较了经验公式求解与双边界元计算的结果；分析了工程实例中裂纹缺陷对套管安全的影响。     

表面裂纹的三维模拟及应力强度因子计算

考虑到裂纹前缘处的应力奇异性,在利用有限元方法计算平板表面裂纹的应力强度因子时,裂纹前缘采用三维四分之一分点20节点等参退化奇异单元。研究了裂纹前缘采用奇异单元的边长L与裂纹深度a之比L/a、围绕奇异单元层数R以及裂纹前缘每层单元划分的份数m(网格疏密)对计算结果的影响,并用无因次化的形状系数Y表示应力强度因子,分析结果与Newman-Raju公式计算结果基本相近。