基于ANSYS与nCode的损伤钻杆疲劳寿命分析

在钻采过程中,钻杆管体关键部位的腐蚀坑或作业损伤受循环复合载荷后易发生疲劳失效导致钻杆断裂。以钻采工况下直径为127 mm的钻杆为例,基于疲劳失效理论,利用ANSYS Workbench和nCode Design-Life软件建立损伤钻杆CAE模型并对其进行疲劳寿命预测,在给定不同载荷谱参数、不同损伤压痕位置与深度的情况下,得到各参数影响损伤钻杆疲劳寿命循环次数的规律。结果表明：较高水平的平均应力与应力幅会大幅度降低损伤钻杆的疲劳寿命;损伤压痕位于内加厚过渡段消失点时,损伤疲劳钻杆寿命循环次数最小。该结果为钻杆的探伤检修及判废提供了理论指导。     

ZL108铸造铝合金拉压疲劳寿命曲线模型的建立与应用

通过对ZL108铸造铝合金进行拉压疲劳试验,得到了不同应力幅下的疲劳寿命,依据三参数幂函数,得到了ZL108铸造铝合金的存活率-应力幅-寿命(P-S-N)曲线,利用疲劳试验中的疲劳寿命统计数据建立了结构疲劳失效极限状态函数,进行了疲劳可靠性分析并进行了试验验证。结果表明:ZL108铸造铝合金的疲劳寿命随应力幅的增大而减小,且在每一应力水平下,疲劳寿命具有较大的分散性;ZL108铸造铝合金的对数疲劳寿命服从正态分布;通过建立的结构疲劳失效极限状态函数计算得到的可靠度与试验结果比较吻合,最大相对误差为5.71%。     

横向稳定杆支座疲劳开裂分析及其台架实验

为了解决某横向稳定杆支座开裂失效问题,首先基于有限元方法建立稳定杆支座分析模型,约束车架两端的所有自由度,在稳定杆两端加载50 mm强制位移,对其进行极限强度分析,分析结果表明其最大应力值超过其材料屈服,最大应力位置与实际开裂位置相同。然后基于Miner疲劳损伤累积理论,以正弦波的疲劳激励在稳定杆两端加载强制位移,对稳定杆支座进行疲劳寿命分析,分析结果表明其最低寿命低于目标值,并且与应力集中位置和失效位置相符。通过对稳定杆支座进行结构改进,改进之后稳定杆支座的强度性能和疲劳性能均满足设计要求。最后对其进行台架实验验证,试验结果表明其实际寿命值与仿真分析值相接近,最终成功地解决了该开裂失效问题。     

栓焊并用连接结构疲劳寿命分析

为了研究端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构在循环荷载下的疲劳性能,通过试验,对比了焊接和栓焊两种不同连接结构疲劳寿命和疲劳失效机理的差异,分析了高强度螺栓对栓焊结构疲劳寿命的影响。结果表明,高强度螺栓能够减小焊缝处的受力,抑制裂纹扩展,提高结构连接刚度,有效延长结构的疲劳寿命。同时利用等效结构应力法对栓焊结构进行了寿命估算。估算结果与试验结果吻合良好,误差在10%以内,验证了等效结构应力法对端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构寿命估算的适用性。     

汽车半轴套管失效载荷数值模拟

本文对我国生产的一种汽车半轴套管进行了大位移、大应变弹塑性有限元模拟,求得了加载点的栽荷-位移曲线、最大应力点的弹塑性应变-载荷曲线、危险截面的弹塑性应力-载荷曲线、危险截面达到全面屈服时的失效载荷等,为汽车半轴套管的强度评价及疲劳寿命估算提供了有关数据.     

压缩机螺栓联接结构的有限元模拟及疲劳寿命分析

疲劳破坏是螺栓失效的主要形式之一。应用接触有限元方法,对螺栓联接结构进行了应力分析。通过螺栓材料的疲劳试验,获得了材料的应力应变寿命曲线;采用多轴应变下的局部应力应变方法进行疲劳寿命计算;并研究了螺栓预紧力对螺栓疲劳寿命的影响,提出了延长螺栓寿命的方法。     

PHM技术在航空结构疲劳寿命预测中的应用

飞机机体结构疲劳失效几乎都发生在紧固件孔的孔边位置,结构疲劳断裂会导致飞机出现灾难性的事故,PHM技术可用于预报疲劳故障何时可能发生,从而实现自助式保障,降低使用和保障费用。基于失效物理模型,建立连接件疲劳寿命的预测方法,方法首先求解含孔构件的应力严重系数和疲劳缺口系数,然后对应变-寿命曲线的弹性段进行了修正使局部应力应变法同时适用于高、低周疲劳寿命的预测。结果表明,建立的疲劳寿命预测方法的计算结果与疲劳试验结果相比误差小于17%,说明了方法的有效性。     

某轻卡制动阀支架失效分析及其优化设计

针对某轻卡制动阀支架失效问题,首先采集车架横梁两端的搓板路激励载荷对该制动阀支架进行模态频响计算,分析结果表明该制动阀支架的最大应力大于材料许用值,其最大应力位置与失效位置一致;然后基于功率谱载荷对其进行随机振动疲劳分析,分析结果表明该制动阀支架的疲劳寿命不满足疲劳性能要求,其与振动强度分析薄弱位置和失效位置相吻合;再通过集成优化平台对制动阀支架进行结构优化,优化之后制动阀支架的最大应力值和疲劳寿命值均符合性能要求值,其疲劳、强度性能显著提升,支架总重量也降低了,达到了轻量化的要求;最后对制动阀支架的优化方案进行道路可靠性验证,试验结果表明该制动阀支架的振动加速度明显减小,并且没有发生失效,科学地解决了该制动阀支架的失效问题。     

大型结构部件可靠寿命预测的近似方法

由于疲劳寿命的不确定性,对于概率寿命预测而言,含有多个可能发生疲劳的高应力部位的大型结构部件,相当于由这多个高应力部位(单元)构成的系统。若一个部件失效即意味着结构部件失效,则此结构部件为一个串联系统。用结构部件上各高应力部位的疲劳寿命最小极值统计量表示结构部件的寿命分布,提出了存在多个高应力部位的大型结构部件的可靠寿命预测方法。根据工程结构的高可靠性特点,借助指数函数的泰勒级数近似展开式,建立了简单、易用,且保证了足够高的精度的近似模型。应用这样的模型,可以根据材料的P-S-N曲线预测存在多个可能发生疲劳失效的高应力部位的大型结构部件的可靠疲劳寿命。     

半钢轮胎活络模具弓型座疲劳寿命分析

弓型座是轮胎活络模具关键零件。本文基于CAE及疲劳分析软件对其进行应力、位移与疲劳寿命分析。结果表明最大等效应力出现在弓型座内表面,竖直方向最大位移量位于弓型座悬臂部分且小于其悬臂下侧与花纹块上侧之间设计间隙,最大等效应力与竖直方向最大位移量均随其悬臂厚度增加而减小。最低疲劳寿命出现位置与最大等效应力出现位置相同,同种材料制造的弓型座,疲劳寿命随其厚度增加而增大;厚度相同时,40Cr制造的弓型座比QT450-10制造的弓型座疲劳寿命要长。     

矿用螺旋式钻杆的疲劳应力分析

螺旋钻杆是松软煤层钻孔过程中的重要钻具。因此,针对六方形接头螺旋钻杆建立了有限元模型,并将分析模型导入ANSYS对其进行仿真疲劳分析,得到六方形螺旋钻杆的应力集中点,疲劳寿命及疲劳安全因子图等,为结构优化设计提供了理论依据。     

某井S135钢级钻杆腐蚀失效原因

某井S135钢级钻杆在钻进约2 395 m时发生腐蚀失效。采用宏观形貌、断口形貌观察,显微组织分析,化学成分、硬度、腐蚀产物成分测试对其失效原因进行了分析。结果表明:该钻杆的失效方式为腐蚀疲劳失效,钻杆内壁的氧含量偏高及内壁加厚过渡带区域存在应力集中,导致加厚过渡带区域发生严重点蚀,点蚀坑底部萌生疲劳裂纹并扩展,最终钻杆失效;建议使用内壁带防腐涂层的钻杆,并在钻井液中添加缓蚀剂,降低溶解氧对内壁的腐蚀作用,同时优化井深结构,减缓内壁加厚过渡带区域的应力集中。     

某定向井φ139.7mm钻杆接头刺漏原因

某定向井在钻井作业时发生钻杆接头刺漏事件,采用显微组织、断口形貌观察,化学成分、力学性能测试等方法分析了刺漏原因。结果表明:钻杆在服役过程中受到较大的弯曲应力,其内螺纹接头18°吊卡台肩根部产生应力集中,同时台肩根部存在周向划痕,导致疲劳裂纹萌生并扩展;钻杆钻进过程中,弯曲应力增大,裂纹扩展速率加快,刺穿整个壁厚导致刺漏。建议优化钻杆结构,并严格控制钻杆加工工艺,避免产生划痕,同时减缓台肩根部的应力集中。     

钻杆螺纹的结构优化与有限元模拟

钻杆螺纹破坏的主要原因是钻杆所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。为缓解内螺纹小端应力集中,在钻杆（如普通钻杆、方钻杆等）上设计和使用了应力减轻槽结构,这些钻杆在使用过程中取得了良好的效果。基于螺纹牙的强度计算公式,用ANSYS软件建立了钻杆螺纹连接有限元分析模型,对有应力减轻槽的钻杆螺纹接触处进行应力分析,并和普通螺纹进行了对比,结果表明加应力减轻槽的钻杆螺纹所受应力大大减小,有益于延长钻杆的使用寿命。     

H13热作模具钢冲头的早期断裂原因

某H13热作模具钢冲头在锻打钻杆管端后,抽出时发生早期断裂。通过断口形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、微区成分分析等方法探讨了冲头断裂的原因。结果表明:该冲头断裂的性质为疲劳断裂;冲头工作部位外壁区域存在的大尺寸Al2O3、MnS、VC等夹杂物以及气孔、疏松等缺陷处易产生应力集中而成为疲劳裂纹源,在热应力、拉应力、压应力和弯曲载荷的反复作用下,横向微裂纹萌生并以发散形式快速失稳扩展,导致冲头断裂;该冲头中钼、钒的含量远低于标准值下限,导致冲头的高温力学性能降低,从而造成了冲头的疲劳断裂。     

Experimental analyses to investigate the feasibility and effectiveness in using heat pipe-embedded drills

This paper presents an experimental investigation to verify the feasibility and effectiveness of heat pipe cooling in drilling operations. The basic idea is to insert a heat pipe at the center of the drill tool with the evaporator close to the drill tip and the condenser at the end of the drill. Consequently, the heat generated at the tool–chip interface can be removed by convection heat transfer. Experimental studies were involved in three cases, including solid drill without coolant, solid drill with coolant, and heat pipe drill. Drilling tests were conducted on a CNC machining center with full immersion cutting. The cast iron square block was used as the workpiece, and the high-speed steel was chosen for the drill tool material. Flank wear is considered as the criterion for tool failure, and the wear was measured using a Hisomet II Toolmaker’s microscope. The tests were conducted until the drill was rejected when an average flank wear greater than 0.10?mm was recorded. The results demonstrate that using a heat pipe in the drilling process can effectively perform thermal management comparable to the flooding coolant cooling used pervasively in the manufacturing industry, extending the tool life of the drill.     

139.7mm加重钻杆外螺纹接头断裂原因分析

为查明某井139.7 mm加重钻杆外螺纹接头的断裂原因,对断口进行了宏观和微观分析,对材料进行了化学成分分析、力学性能试验和金相分析,并进行了有限元分析等。结果表明:加重钻杆断裂属于腐蚀疲劳断裂;断裂主要原因是加重钻杆接头内径大于标准规定值,降低了加重钻杆外螺纹接头断裂扭矩和抗拉载荷,在疲劳载荷与腐蚀介质作用下,腐蚀疲劳裂纹首先在加重钻杆外螺纹接头危险截面部位螺纹牙底萌生,随后在载荷作用下裂纹不断扩展,进一步降低了接头的强度,最终发生了断裂事故。     

CFRP与钛合金叠层制孔钻头横刃结构优化

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构制孔过程中加工质量、制孔效率与钻头寿命低等问题,以钻头的横刃结构为主要研究对象设计试验方案,对钻头横刃结构进行优化,以提高加工质量、制孔效率与钻头寿命。结果表明:优化后的横刃结构加工性能优于普通"X"形钻头横刃结构,不论是碳纤维复合材料部位还是钛合金部位轴向切削力明显减小。     

45CrNiMo_1V球齿钎头固齿工艺研究

对45CrNiMo1V钎头采用冷压、热压及热镶方法进行固齿,研究了不同过盈量对钎头使用寿命的影响,并通过矿山实际凿岩实验对钎头质量进行了验证。结果表明:采用热镶固齿且过盈量为0.04 mm的钎头具有较长的使用寿命,寿命达到或超过国内同类产品水平,接近国际先进水平的1/2。     

异位特深小孔的加工

本文阐述了对加工异位特深小孔钻床和整体硬质合金枪钻的技术要求，并介绍了钻削参数的选择原则及钻削中应注意的几个技术问题。