石油钻杆接头表面裂纹应力强度因子三维有限元分析Ⅱ.母螺纹齿根带半椭圆表面裂纹

采用三维有限元位移法,求解不同型号石油钻杆接头母螺纹齿根部所具有的不同形态半椭圆表面裂纹在内压、拉伸、弯曲、扭转载荷下的应力强度因子.在大量有限元数值分析基础上,给出了包含接头母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公式.应用本文结果,可对带半椭圆表面裂纹的接头母螺纹作断裂与疲劳分析.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

用光弹性法研究石油化工厚壁容器内壁裂缝应力强度因子

本文应用光弹性应力“冻结”法研究受内压厚壁容器内壁具有纵向半椭圆裂缝时的应力强度因子.探讨了单裂缝与均布多裂缝情况下,裂缝深度、裂缝形状,厚壁筒壁率、裂缝数目等特性参量对裂缝尖端附近奇异场的影响.本文还讨论了具有环向局布(即非均布)半椭圆形多裂缝时复合强度因子及其计算方法.并试对具有环向均布多裂缝时应力强度因子的计算做了近似分析.     

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。     

抽油杆杆体表面裂纹应力强度因子的研究

根据断裂力学中的应力强度因子来研究抽油杆杆体部位表面裂纹的变化，从而对抽油杆杆体部位表面裂纹缺陷进行定量评定，并用疲劳裂纹扩展法求应力强度因子，其优点是可以在接近真实裂纹构件的情况下，用试验分析方法研究应力强度因子问题。     

水下微小位移的散斑测试方法

一种水下微小位移的激光散斑照相测试方法.标定恒温时水下微小位移的精度可以达到3%.在水面上1m高处以每秒0.2滴水的滴定速率的扰动下,从每次曝光1～10秒,能得到微小位移的双曝光散斑图.测量了16MnR板试件表面裂纹中心张开位移,结合SCOD法计算了相应的表面裂纹应力强度因子K₁.把板试件的测值与通常情况下的测值和Newman-Raju解的计算值作了比较,三者符合得很好.把内充油球形容器内表面裂纹应力强度因子K₁的测值和球形容器外表面裂纹应力强度因子K₁的测值,分别与Schmitt-Keim式的结果作了对比,结果符合得很好.径比接近1的工业球罐表面裂纹应力强度因子K₁的计算,可以不考虑曲率的影响而选择合理的平板解.     

基于应力投影的油气管道螺旋裂纹评估方法

目前国内外还没有针对管道螺旋裂纹的相关评估方法。为此,借鉴标准BS 7910中管道轴向裂纹和环向裂纹的评估方法,基于无限大平板斜裂纹将应力分解到裂纹方向及其垂直方向的求解思路,结合有限元模拟,提出了管道螺旋裂纹的评估方法：将螺旋裂纹的计算归结为轴向裂纹和环向裂纹的计算,根据无限大平板斜裂纹轴向裂纹和环向裂纹的复合计算公式,推导出管道螺旋裂纹应力强度因子的近似计算公式,并进行了静水压爆破验证试验。结果表明：该评估方法准确可靠,最大误差为5.62%,可以用于管道螺旋裂纹的工程评估。     

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。     

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。