钻杆接头螺纹部位疲劳裂纹的超声波检测

钻杆螺纹根部疲劳裂纹是钻杆钻井服役中产生的常见缺陷类型 ,是钻杆螺纹发生断裂的重要根源 .本文介绍了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测原理 ,设计了专用超声检测探头和检测装置 ,给出了检测试验结果 ,证明了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测的可行性和实用性     

钻杆螺纹部位疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

钻杆在使用过程中由于工况恶劣,受力情况复杂,其螺纹部位极易发生疲劳失效,造成重大损失。笔者利用磁记忆检测的基本原理,对不同使用工况的钻杆螺纹部位的疲劳损伤情况进行了现场检测试验,验证了磁记忆检测技术在检测钻杆螺纹疲劳损伤状况方面的可用性,证实了螺纹容易发生疲劳损伤的部位位于密封面端起前三扣位置,同时证实随着使用时间的延长,钻杆螺纹部位疲劳损伤越严重,并且在对大量检测数据进行分析的基础上建立了钻杆螺纹分级推荐标准。     

基于可靠性的S135钻杆疲劳裂纹萌生寿命预测

基于可靠性理论对S135钻杆疲劳裂纹萌生寿命预测进行系统研究,计算得到50%、90%、99%和99.9%可靠度条件下S135钻杆的疲劳裂纹萌生寿命预测方程。结果表明,服役过程中S135钻杆管体部位承受的附加应力载荷明显大于接头螺纹连接部位。在应力比为-1条件下,S135钻杆的疲劳强度约为500 MPa;在置信度为95%,误差为5%条件下,应力水平分别为660、620、580和540 MPa时的疲劳裂纹萌生寿命对数值分布符合正态分布规律,随着应力水平下降,疲劳裂纹萌生寿命对数值分布概率密度函数峰值逐渐降低,离散性逐渐增强。     

30CrMo的疲劳实验研究

超声加速疲劳实验是共振式的加速疲劳实验,试样需要满足和系统共振的条件.疲劳实验用试样通过设计获得,狗骨形试样是常用的超声疲劳试样.用超声加速疲劳技术研究了30CrMo的超声疲劳性能.试验获得了30CrMo的S-N曲线,疲劳寿命曲线呈现缓慢下降的趋势.对30CrMo的高周和超高周疲劳断口进行了电镜扫描实验,结果发现,断口疲劳裂纹都起源于试样表面或次表面,呈现出裂纹表面萌生机制和典型的裂纹放射状扩展方式.     

高钢级钻杆韧性指标的研究

随着超深井、定向井等先进钻井技术的应用,高钢级钻杆G105和S135大量使用,钻杆疲劳失效事故频频发生.高钢级钻杆在失效过程中疲劳裂纹稳定扩展长度为60～80 mm.推导出钻杆发生“先刺后断”失效模式的材料韧性指标——冲击功的计算公式,并首次提出应力强度比系数的表示方法.计算结果表明:钻杆材料的冲击功要求值随钻杆临界裂...     

板、轴类构件中表面裂纹弯曲疲劳扩展规律

本文从断裂力学基本理论出发,引入“相当能量率”概念,给出一种表面裂纹疲劳扩展的速率分析模型及一系列计算公式,在探讨板、轴件中表面裂纹弯曲疲劳扩展规律的基础上,得到一种“用贯穿裂纹试件的实验结果预测表面裂纹构件疲劳寿命”的特性线法,提出三种方法预测“含横向表面裂纹园轴件”的疲劳寿命,并为园轴中横向表面裂纹的确定提供了一种途径。文中还给出了P105钻杆钢表面裂纹试件在弯曲疲劳时扩展特性的初步研究。     

超声小角度纵波灵敏检测疲劳小裂纹

目的　研究一种适合于无负载条件下灵敏检测疲劳构件中闭合裂纹的超声技术。方法　采用入射角度不同的超声纵波,对30CrMsi钢试样表面上1.5～8mm范围的开口及闭合裂纹进行检测实验。通过入射角与底面回波幅度、回波曲线形状、裂纹尺寸间的关系获得对裂纹具有灵敏反应的超声波最佳入射角。结果　小角度入射纵波较垂直入射或大角度入射纵波均具有较高的灵敏度;尤其当入射角在2°附近,具有最高检测灵敏度。结论　采用小角度纵波技术,可提高超声对疲劳小裂纹的反应。只要入射角度合适,检出卸载后构件中的闭合裂纹也是可能的,但对闭合裂纹的定量仍有困难。     

3D打印铝合金力学性能的非线性超声检测

为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增大,超声非线性系数也随之增大,而抗拉强度呈现变小的趋势,因此超声非线性系数可以评价材料的强度。此外,对不同成型角度下的3D打印铝合金试件进行疲劳试验,发现疲劳加载后试件的超声非线性系数随着微裂纹萌生而增大。因此,非线性超声检测技术可用于3D打印铝合金材料力学性能的评估和微裂纹的检测。     

应用XFEM模拟研究钻杆裂纹扩展过程

钻杆裂纹扩展是一个典型的不连续问题,采用常规有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟,而扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析断裂问题的一种有效方法。在介绍了扩展有限元法的基本原理的基础上,建立了基于XFEM的含不同深度初始裂纹的5in钻杆在拉力和扭矩共同作用下的裂纹扩展模型。通过钻杆裂纹扩展过程的分析后发现,钻杆的初始裂纹深度小于1mm时,裂纹不易扩展,但初始裂纹深度超过2mm时裂纹会在相对较低的外载荷下扩展,且扩展面较大并与初始裂纹面存在一定夹角,最终造成钻杆断裂失效。通过对钻杆裂纹的扩展过程仿真模拟,展示了XFEM在钻具断裂失效分析方面的独特优势,并为这方面的研究提供了一种新方法。     

钢箱梁疲劳裂纹特征超声波检测方法试验研究

采用疲劳裂纹标准试件对钢箱梁疲劳裂纹长度、宽度、深度、倾斜角度及开裂位置等特征进行超声波检测试验,研究钢箱梁疲劳裂纹特征超声波检测方法。依据理论计算和试验结果,对比分析每种裂纹检测波形及回波参数,提出1/3测长法,给出测长法判断依据的理论解,与实际检测结果相符合;针对裂纹深度,提出裂纹深度检测的精度提高的方法;建立裂纹倾斜角度、开裂位置判定计算公式。分析面板与U肋焊缝处不同类型裂纹检测结果,给出裂纹距焊趾距离K计算公式,并由K建立焊趾、焊根、未溶透部位疲劳裂纹判别方法。研究结果表明:疲劳裂纹特征与回波参数存在一定的相关性,疲劳裂纹特征检测方法具有较好的准确性。     

钢网架螺栓球节点用高强螺栓的缺口效应分析

在悬挂吊车作用下,螺栓球节点网架的疲劳主要表现为节点的疲劳,而节点的疲劳关键是高强螺栓的疲劳．在影响高强螺栓疲劳性能的众多因素中,应力集中是其发生疲劳断裂的主要原因之一．本文从缺口效应出发,分析了高强螺栓疲劳裂纹的开展．并建立有限元模型,针对钢网架螺栓球节点常用的8种高强螺栓规格进行了单缺口应力集中分析．得到相应的应力集中系数,同时分析了螺纹牙根圆角半径对应力集中的影响,并提出了降低螺纹疲劳缺口敏感性的一些措施,为进一步以热点应力幅建立螺栓球网架疲劳设计方法奠定了基础．     

超声波在石油钻杆损伤检测中的应用

腐蚀疲劳与应力损伤是石油钻杆损坏的最主要原因,钻杆损伤检测可以有效地预防和减少钻具因失效而引起的质量事故。阐述了石油钻杆健康监测中损伤识别的关键问题,介绍基于超声波的损伤定位定量方法。根据其基本结构和受力特点,以石油钻井中常用5〞钻杆为对象进行损伤研究,用超声波纵波直接接触法检测钻杆,并对探伤结果进行分析和应用。结果表明,超声波可对已定位损伤的石油钻杆的损伤进行定量分析,通过实例验证了其对结构损伤诊断的有效性。     

在循环载荷作用下螺纹连接件疲劳寿命的估算

就螺纹连接件在循环加载下按裂纹形成阶段和裂纹扩展阶段估算其全过程的疲劳寿命，对于第一阶段采用进行估算；对于第二阶段，推荐了一个计算应力强度因子的修正式，然后按帕里斯方程式进行估算。     

某型飞机35CrMnSiA紧固螺钉断裂失效分析

某型飞机在修理过程中发现一颗M6×30的35CrMnSiA紧固螺钉发生了断裂现象,影响了飞机使用安全。对断裂紧固螺钉进行了化学成分、宏微观断口、显微组织以及力学性能等验证与分析,确定螺钉断裂形式为疲劳断裂,且不存在材料冶金缺陷、热处理缺陷及加工缺陷,初步推断螺纹的车加工方式可能是裂纹产生的主要原因。随后对滚丝加工成型的同材质螺钉进行疲劳性能验证,选择与断裂紧固螺钉同批次材料和除螺纹滚丝成型外相同加工工艺,重新生产的紧固螺钉进行拉 拉疲劳试验比对分析。每种加工方式选取3个平行试样,试验方法为GJB 715.30A—2002《紧固件试验方法 拉伸疲劳》,试验结果表明：滚丝成型螺钉疲劳寿命达到50万次未见破坏,而车加工螺纹疲劳寿命5.02万次时螺纹就发生了断裂,断口与服役断裂紧固螺钉断口相似。滚丝成型螺钉疲劳性能远优于螺纹车加工成型螺钉,最终确定螺纹车加工方式是导致螺钉断裂的主要原因。为消除后续隐患,建议完善螺钉成型工艺方法,停用该批次螺钉。研究结果为螺钉的优选、工艺方法的改善提供了依据,对提升飞机使用安全具有重要意义。     

ZDF—1型数字直流电位裂纹测试仪的研制

在材料疲劳裂纹扩张的研究中,灵敏地跟踪疲劳裂纹的扩张,精确地测定相应栽荷循环周次下的裂纹长度是实验研究的关键。在众多的裂纹长度检测方法中,直流电位法以其突出的优点获得越来越广泛的应用。然而目前通用的检测装置精度较低,难以满足研究要求。我们研制的数字直流电位裂纹测试仪,精度高、性能稳定。为材料疲劳裂纹扩张的研究提供了有效的检测手段。本文着重介绍测试仪的研究过程、设计原理及其曲线的标定方法。     

超声激励下超声刀微裂纹发热的有限元分析

超声手术刀具的疲劳问题突出。采用有限元法,对工作中的超声钛合金手术刀具表面的微裂纹进行动力学仿真,分析了缺陷处的动接触和发热问题。基于罚函数和界面本构摩擦模型,以平衡主控-从属接触算法和整体-局部接触搜索法为超声手术刀具建立瞬态动力学有限元模型。仿真结果定量地计算了裂纹附近瞬态温度场的分布,分析了裂纹两个面的相对动接触行为,解释了超声在裂纹处进行选择性加热的机理。     

基于共线异向混频技术的不可见疲劳裂纹定位

对金属构件中不可见疲劳裂纹进行有效的检测是保证其安全服役的关键因素,本研究利用共线异向混频技术对不可见疲劳裂纹进行检测和定位。当两列共线异向超声波在金属构件内相遇时,会与疲劳损伤发生非线性相互作用。研究结果表明,随着试件疲劳裂纹长度的增加,混频非线性系数单调递增,这与材料内部微观结构的变化密切相关。此外,通过控制两激励信号的延迟时间,使两列激励信号的相遇位置沿试件的水平方向由左向右移动,利用和/差频信号幅值最大值所对应的延迟时间对不可见疲劳裂纹进行定位。因此,利用共线异向混频技术可以对金属构件内部的不可见疲劳裂纹进行有效的检测和定位。     

金属疲劳裂纹声发射特性分析及检测概率研究

声发射信号特征参数可以反映结构损伤过程,针对声发射技术对结构损伤的检测概率问题,以金属疲劳裂纹检测试验为基础,首先利用声发射特征参数的趋势分析和关联分析法,对采集到的声发射信号进行了处理与分析;其次,根据贝叶斯理论,计算了声发射对一定长度疲劳裂纹的检测概率,可为利用声发射技术进行金属疲劳损伤检测时的信号分析,以及完善航空结构裂纹检测概率曲线手册提供参考。     

基于改进边缘检测的钢箱梁疲劳裂纹识别及量化方法研究

钢箱梁内部场景复杂,疲劳裂纹图像识别容易受到背景干扰.针对传统图像处理方法的识别局限性,提出了一种基于改进边缘检测算法的疲劳裂纹识别与量化方法.首先,通过边缘检测算法识别出裂纹特征点,并通过形态学处理提取出裂纹骨架线.其次,采用单目视觉方法进行裂纹的特征量化.通过张氏标定法,建立了相机成像模型,从而将裂纹特征点由像素坐标映射至空间坐标.最终,开展了疲劳裂纹识别与量化试验,将改进边缘检测算法与传统图像处理方法进行比较,并评估裂纹特征量化精度.研究结果表明：改进边缘检测算法通过引入双边滤波函数,可以在抑制焊缝噪声干扰的同时保留裂纹边缘特征,相比于传统边缘检测和自适应阈值分割算法,更适用于钢箱梁识别场景.在试验条件下,疲劳裂纹长度测量误差控制在5%以内.     

接触疲劳裂纹扩展曲线试验方法研究

本文叙述了一种能检测从裂纹萌生到剥落全过程的接触疲劳裂纹扩展的方法,建立了接触疲劳裂纹扩展曲线——裂纹长度A和循环次数N之间的关系.从这曲线上能测量出新的接触疲劳性能指标:孕育期N.、稳定扩展期N_1、快速扩展期入N_2和稳定扩展速率V_1,快速扩展速率V_2.这些性能指标对于深入研究内外因素对接触疲劳寿命的影响,对于明了接触疲劳剥落机理,对于评定各种材料、工艺和组织的接触疲劳性能都是很重要的.