海洋隔水管对接环焊缝接头高周疲劳性能研究

采用四点弯曲疲劳试验法,测试了海洋隔水管道X80／x80J对接环焊缝高周疲劳性能。综合分析了应力集中、显微组织和硬度对裂纹萌生位置的影响。结果表明,有余高焊接接头疲劳裂纹在焊趾处萌生并向热影响区扩展,去除余高的焊接接头疲劳裂纹从焊缝处萌生并沿焊缝扩展;焊缝余高引起的应力集中是降低焊接接头疲劳性能的主要因素,有余高焊接接头的疲劳极限为216MPa,去除余高的焊接接头疲劳极限为400MPa。     

用断裂力学法分析影响抽油井油管疲劳寿命因素

在认为油管总寿命是由裂纹萌生区和扩展区构成的理论基础上,文章用断裂力学法对各区域的疲劳寿命进行预测,分析影响其寿命的因素。认为裂纹萌生区寿命占总寿命的比例较大,因此,提高油管疲劳寿命时应针对影响裂纹萌生区寿命因素进行改善。     

焊缝余高及去应力退火对X80钢管焊接接头疲劳性能的影响

采用MTS Landmark 370型疲劳试验机研究了焊缝余高和去应力退火对X80大变形管线钢管焊接接头的拉-拉疲劳寿命的影响;采用显微硬度计和扫描电镜分析了焊接接头的硬度及疲劳断口形貌。结果表明:去除焊缝余高和去应力退火处理能够延长X80大变形管线钢管焊接接头的疲劳裂纹萌生寿命,提高其疲劳寿命;疲劳裂纹在内焊缝的焊趾处或者紧邻熔合线的热影响区萌生;焊缝余高引起的应力集中和热影响区软化是影响疲劳裂纹萌生的关键因素。     

抽油机井油管的疲劳断裂寿命分析

从现役抽油机井油管上取材 ,依据油管螺纹尺寸特征制备相应的疲劳试件 ,模拟油管工况进行疲劳试验 ,对破断试样断口上的裂纹源区形貌及疲劳辉纹进行分析 ,计算出油管裂纹的扩展寿命。根据油管裂纹的扩展寿命占总寿命的比率 ,可以认为 ,油管的寿命主要取决于裂纹的萌生寿命。因此 ,在分析油管发生疲劳断裂的原因时 ,应主要针对裂纹的萌生原因进行分析 ,并就如何延长油管裂纹的萌生寿命提出相应的预防措施     

压力容器接管的寿命预测

当材料屈服，尤其是存在开口及缺陷的情况下，局部应力应变行为会有变化。从而难以确定局部应变值。因此，低周疲劳下机械部件的寿命是不易预测的。本文讨论了压力容器及其疲劳试验的有关情况。在接管与压力容器连接和的应力集中区域承受着交变载荷。此载荷引起的连续反复塑性变形将导致疲劳裂纹的萌生和扩展。     

X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能的研究

为了研究X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能,采用MTS和INSTRON万能力学试验机测得了全壁厚X80大应变钢管焊接接头的疲劳寿命及焊接热影响区的疲劳裂纹扩展速率,并采用Gleeble-3500热模拟试验研究了焊接热循环不同峰值温度对组织和性能的影响。结果表明,焊接接头的疲劳性能显著降低,在相同的疲劳寿命条件下,其疲劳裂纹应力降低约100 MPa以上;疲劳裂纹均在焊趾处萌生,并向内沿热影响区扩展;而疲劳裂纹在热影响区的扩展速率随其通过的不同区域而变化。经焊接热循环后,热影响区呈现弱化趋势,强度最低点出现在细晶区,然而细晶区良好的塑韧性有利于抑制疲劳裂纹扩展,改善疲劳性能。     

疲劳载荷作用下X80管线钢夹杂物的微观行为

X80管线钢是我国长输管线的主要用钢,其安全性评价直接关系到管线的经济性和安全性。采用扫描电镜（SEM）原位观测的方法,动态跟踪观察了拉-拉疲劳载荷作用下国产X80管线钢中不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至试样断裂的全过程,并计算了影响X80管线钢疲劳性能的临界夹杂尺寸。结果表明,非金属夹杂物能够导致X80管线钢疲劳裂纹的萌生与扩展,疲劳裂纹首先在夹杂/基体界面的基体一侧萌生,然后向远离夹杂的基体中扩展;在拉-拉疲劳载荷作用下,X80管线钢薄板疲劳裂纹的稳态扩展速率为10⁻¹⁰ m/cycle量级;夹杂物尺寸越大,疲劳裂纹萌生越早,试样寿命越短。为了避免夹杂物对管线钢疲劳性能的危害,管线钢中夹杂物的尺寸应尽量控制在临界尺寸之内,尤其应避免出现带状夹杂物。     

中变气出口管线焊缝泄漏分析和应对措施

对E-2004出口中变气管线焊缝泄漏进行了分析,对管道焊缝及母材化学成分、管道焊缝开裂及断口宏观形貌、管道材料金相组织、管道裂纹断口微观形貌和管道焊缝开裂失效等方面进行了分析,结果表明:焊缝泄漏是由于内壁焊缝堆高太深,使焊缝与母材之间形成"缺口"效应,引起应力集中,在该处造成疲劳裂纹的萌生,由于交变载荷引起的疲劳裂纹扩展所致。并提出了相应的解决措施。     

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.     

HY型抽油杆应用性能分析与评价

抽油杆是连接抽油机与深井泵的动力传递装置,是有杆泵采油系统的重要组成部分,抽油杆失效直接影响机采系统的正常生产。鉴于此,对HY和HL型抽油杆的力学性能进行了试验对比分析。试验结果表明:表面质量、淬硬层深度和抗拉强度是影响疲劳性能的主要指标,过渡区和扳手方占断裂位置的77.8%,任何一项力学性能指标达不到最优数值,其疲劳性能试验循环周次就会远低于106,无法满足标准规定值;目前所有HY型抽油杆的扳手方和台肩位置全部未见明显淬硬层;其组织不均匀,为屈氏体+回火索氏体;杆体表面淬硬层全部存在不均匀的问题,造成过渡区、扳手方和淬硬层不均匀是疲劳裂纹的启裂核心,形成扩展区和瞬断区后发生疲劳断裂。研究结果可为HY型抽油杆的检验和现场应用提供参考。     

G105钢级钻杆外螺纹接头裂纹原因分析

某油田在定向钻井作业过程中有多根G105钢级钻杆外螺纹接头出现断裂和裂纹。对该井钻杆使用情况进行调查研究,并对1根螺纹牙底有裂纹的外螺纹接头进行失效分析。失效分析内容主要包括断口观察、钻杆接头材料化学成分分析、力学性能及金相组织分析,并通过有限元方法模拟分析API标准NC31接头受到复合载荷时的应力分布状态,比较NC31接头标准外径与增大外径时外螺纹接头螺纹牙受力情况。分析结果表明:接头螺纹牙底裂纹为疲劳裂纹,钻杆接头外螺纹大端第1~3牙为应力集中区域。由于在该定向井造斜点附近井眼全角变化率较大,存在较大的结构弯曲,使接头承受较大的交变复合载荷,最终在接头螺纹应力集中区萌生疲劳裂纹,导致失效。     

D级抽油杆表面允许裂纹深度的估算

介绍了国内外七种Ｄ级抽油杆用钢的疲劳门坎值的测定。结合对抽油杆各特征部位半椭圆裂纹应力强度因子Ｋ的有限元计算，用断裂力学方法估算了各特征部位允许存在的裂纹尺寸。结果表明，允许裂纹深度α与使用应力σ之间存在有α＝Ａ／σ的关系。当抽油杆的抗拉强度符合ＡＰＩ规范１１Ｂ规定的σｂ＝７９３～９６５ＭＰａ时，七种材料的门坎值基本相同。当使用应力在疲劳极限附近处为３７２．６ＭＰａ时，抽油杆杆体表面存在有深度为０．１３～０．２７ｍｍ的裂纹，杆头锻方处存在有深度为０．６０～１．０２ｍｍ的裂纹，这些裂纹均不会扩展。     

I/III复合加载模式下疲劳裂纹扩展曲线分析

为了研究套管在钻井过程中的受力状况,以P110钻井套管用钢为对象,根据疲劳裂纹扩展理论,着重利用修正的紧凑拉伸试样,研究在I/III型分量下,不同裂纹倾角对材料疲劳裂纹扩展速率的影响。结果显示：当裂纹倾角为15°时,扩展过程中裂纹完全按照倾角15°扩展;当裂纹倾角为30°时,扩展过程中裂纹发生偏转没有实现完全30°扩展。研究表明,在复合疲劳裂纹扩展过程中,裂纹倾角越大,裂纹扩展方向越容易改变。     

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。     

多裂纹对裂纹搭接规律影响数值模拟及机理研究

为研究多裂隙的损伤断裂规律,基于统计损伤理论,建立了含不同密度及倾角的多裂隙模型,对多裂隙的裂纹扩展过程、应力-应变规律进行了数值模拟,讨论了拉伸裂纹产生机理、多裂纹的临界长度,并基于声发射数值模拟结果说明了裂纹的损伤过程,结果表明,拉伸裂纹在预制裂纹尖端及靠近尖端产生,剪切裂纹产生于裂纹中部,靠近模型边界的预制裂纹存在“边界效应”;不同裂纹密度模型的峰值强度分别降低4.3%、4.7%及18.8%,不同裂隙角度的增大对模型峰值强度提供的百分比分别为13.2%,45.2%及61.9%,裂隙角度对模型峰值强度的影响要大于裂纹密度;讨论了单裂隙拉伸裂纹的产生机理,对多裂隙拉伸裂纹相互贯通的临界裂纹长度进行了推导。     

The Cracks Formation Mechanism of an Aluminized Polymer-Bonded Explosive under Tensile Stress

In order to study the crack formation mechanism of an aluminized polymer-bonded explosive (PBX) under tensile stress, a Brazilian test was carried out on the aluminized PBX grains with different densities. In addition, the microscopic morphologies of the samples after the Brazilian test were characterized. The experimental results show that the process of crack formation includes initiation, propagation, and final formation; the cracks are generated by the accumulation of microscopic defects and they expand gradually from the interior to the end surface of grains. With increasing grain density, as well as the curing process, the critical stress values could be significantly improved during the formation of cracks. The formation mechanism of the cracks is not transcrystalline fracture but interfacial debonding, which was observed using scanning electron microscopy.     

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。     

抽油杆疲劳寿命计算研究

抽油杆是有杆抽油中三抽设备的关键部件之一。其服役寿命直接影响油井的产量、失效概率以及修井作业的成本,准确预测其疲劳寿命具有十分重要的意义。对直井和定向井分别建立了计算抽油杆轴向载荷的数学模型,计算出了抽油杆所受的轴向力。同时,建立了疲劳寿命的预测模型,计算了不同形状裂纹的几何形状因子和应力强度因子。并根据以上理论,编写了计算机程序,能计算有初始裂纹和无初始裂纹抽油杆柱的疲劳寿命。采用Forman模型预测抽油杆疲劳寿命,其特点是在Paris模型的基础上考虑了应力比R,计算结果更加准确。同时,分析比较计算结果可得:裂纹初始长度对抽油杆柱的使用寿命影响较大。文中给出的方法简单,精度较高,便于工程应用。     

HL级35CrMoA抽油杆杆体失效分析

为了研究分析某厂HL级35CrMoA抽油杆杆体失效原因,对失效抽油杆进行了宏观形貌观察和化学成分分析,并对其显微组织和断口形貌进行了分析和有限元计算。结果表明,该抽油杆的失效模式为典型的腐蚀疲劳断裂,显微组织主要为回火索氏体+铁素体;疲劳裂纹源于杆体表面腐蚀坑处,疲劳裂纹沿针状组织扩展;在拉伸载荷下,凸缘与杆体截面突变处应力水平相对较高,最终导致腐蚀疲劳失效。最后,提出了预防抽油杆失效的措施,为油田减少同类失效的发生提供重要的理论依据。     

裂纹对主蒸汽管道弯头强度的影响

为了找出裂纹对主蒸汽管道弯头强度的影响规律,以90°推制弯头为分析对象,模拟主蒸汽管道的实际工况,首先分析了不同长度和深度的单个裂纹对弯头强度的影响,在此基础上,分析了不同间距的两个裂纹对弯头强度的影响,以及裂纹间距对双裂纹应力的叠加效应及影响范围。分析结果表明,当单裂纹深度一定时,裂纹长度越大裂纹承受的最大应力也越大,且应力分布趋于均匀;当单裂纹长度一定时,随着裂纹深度的增大裂纹承受的最大应力越小;对含有两个裂纹的弯头,裂纹间距越大裂纹间应力的叠加效应就越小,缺陷间距不同使得缺陷附近的应力梯度不同,缺陷间距越小应力梯度越大。