温度循环的疲劳损伤及其寿命估算方法的研究

探讨了变动温度下的高温蠕变断裂寿命的估算和两个固定温度点之间温度循环的疲劳损伤寿命的估算,提出了两种解决温度循环疲劳损伤寿命的损伤力学方法,解决了变动温度所引起的疲劳损伤问题,对于热疲劳损伤的研究具有一定的价值。     

超高压聚乙烯反应管安全评定

系统地探讨了当前反应管安全评定中面临的有关问题.将反应管在疲劳载荷作用下的损伤归结为大范围损伤下的疲劳问题,以应变幅为损伤变量,应用虚功原理,得到了反映材料结构特性、载荷和边界条件的疲劳寿命理论算式.通过高低周疲劳实验,考证了高频载荷对疲劳寿命的影响.从动力学角度探讨了热冲击对反应管损伤和残余应力松弛的影响.介绍了<高压聚乙烯管式反应器检验规程>和<高压聚乙烯管式反应器的检验方法与评定规则>的内涵、特色和功能.     

盘式刹车制动盘的高温失效机理和寿命计算

使用盘式刹车下放管柱数较多时，等效应力已超过制动盘材料（铸钢）的屈服极限，制动盘产生塑性变形。在分析盘式刹车热应力及温度场特征的基础上，指出热疲劳与蠕变的交互作用是制动盘失效的主要机理。依据热疲劳理论和蠕变理论导出了一次下放管柱作业过程中在变动温度、变动应力作用下制动盘的热疲劳损伤及蠕变损伤的计算公式，并根据疲劳－蠕变线性累积损伤法则导出制动盘破坏的寿命计算公式，认为总损伤φ≥1时，制动盘失效。     

估算海洋石油钢结构疲劳寿命的损伤力学新方法

基于损伤力学估算海洋石油钢结构疲劳寿命的新方法,首次提出石油大学建立的非线性疲劳损伤数学模型(定名为贾—方疲劳损伤数学模型)。同时,还给出了数学模型中与材料有关的疲劳损伤参数的确定方法;介绍所进行的表面裂纹的疲劳裂纹损伤试验,以及通过试验宏观测量疲劳损伤因子的方法;在试验验证的基础上,给出常幅或随机载荷作用下,估算海洋石油钢结构疲劳全寿命的损伤力学方法及计算公式。     

深水海洋石油钢结构估算疲劳寿命的新的损伤力学方法

在损伤力学的基础上本文提出了深水海洋石油钢结构估算疲劳寿命的新方法。文中给出了石油大学新建立的疲劳损伤数学模型。根据表面裂纹疲劳扩展试验的数据处理,提供了疲劳损伤因子的宏观测量方法。同时,还给出了海洋石油钢结构用的材料的损伤参数的决定方法。新建立的疲劳损伤数学模型得到了刚性的钢试件的疲劳试验证实;也取得了深水常用的柔性的复合材料的结构的疲劳试验验证。通过验证,本文推荐了常幅或随机载荷作用下估算疲劳全寿命的损伤力学方法及计算公式。     

管端推力（矩）引起的焦炭塔堵焦阀接管焊缝的变幅值热疲劳研究

根据非均匀应力场中带角焊缝钢结构应力强度因子的计算方法和Ｗｈｅｅｌｅｒ超载模型，编写出疲劳寿命计算程序。用它计算了在１７级温度谱载下管端推力（矩）引起的焦炭塔堵焦阀接管焊缝的变幅值热疲劳裂纹扩展寿命，对不同的初始裂纹作了疲劳寿命预测，并与仅受轴向、径向温差及接管温差载荷作用下的等幅值疲劳寿命相比较，证明前者是导致裂纹扩展的主要原因     

采油平台桩腿的疲劳与腐蚀损伤和寿命预测

介绍了在海上腐蚀环境中的疲劳寿命试验，给出了试验得出的S－N曲线及da/dN-ΔK曲线，得出了服役海上平台桩腿的疲劳损伤计算方法。考虑了海水中的均匀腐蚀损伤及点蚀损伤，给出了这些腐蚀损伤的计算方法。根据疲劳与腐蚀损伤的综合评价，给出了桩腿寿命的预测方法。通过报废平台构件的材料强度试验，给出了平台桩腿材料机械性能的损伤分析。     

深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳分析

波激疲劳是深水钻井隔水管-导管系统最主要的失效模式之一。综合考虑波浪载荷、钻井平台运动和土壤抗力建立了深水钻井隔水管-导管耦合系统波激疲劳分析方法,实例分析了中国南海某井深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳寿命,识别出了系统波激疲劳关键部位,并与隔水管常规分析模型的计算结果进行了对比。在此基础上,研究了钻井平台运动幅值、顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度对系统波激疲劳特性的影响。结果表明,常规分析模型将隔水管底部看作固定端导致隔水管波激疲劳损伤过大,而本文提出的隔水管-导管系统分析模型能较好地模拟隔水管实际受力情况;隔水管最大波激疲劳损伤出现在下挠性接头处,导管的最大波激疲劳损伤出现在泥线附近;导管是整个系统中波激疲劳性能最薄弱的环节,适当地减小钻井平台运动幅值、隔水管顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度均能改善导管波激疲劳性能。     

表面机械损伤对CT110连续油管疲劳寿命的影响

为了研究表面机械损伤对CT110连续油管疲劳寿命的影响,分别制作CT110连续油管外表面机械损伤试样和表面修磨试样进行疲劳试验,并采用扫描电镜对机械损伤试样断口形貌进行了分析。试验结果显示,外表面机械损伤会造成连续油管疲劳寿命降低,且随着损伤深度增加,疲劳寿命降低越多;其中环向刻槽损伤引起的疲劳寿命下降最严重。机械损伤试样断口扫描电镜分析结果显示,疲劳裂纹起源于外表面机械损伤根部;深度不大于壁厚10%的外表面修磨试样疲劳寿命均高于同深度下的机械损伤试样,且疲劳裂纹起裂于管体内表面。研究表明,对连续油管管体外表面深度不大于壁厚10%的损伤进行修磨可以有效提高疲劳寿命。     

温度对压缩式胶筒接触压力的影响研究

利用SB802热机综合疲劳试验机进行了硫化丁腈橡胶在不同温度条件下的力学性能试验,得到了橡胶材料的应力-应变关系曲线。通过有限元软件拟合了橡胶的Yeoh材料模型,构建了橡胶的本构关系公式,完成了压缩式胶筒的接触压力分析,得到了在不同温度下胶筒的应力分布云图以及接触压力沿轴向的分布规律。研究结果表明,当温度在不同范围内变化时,温度对胶筒接触压力的影响存在不规则性。该项研究结果可为压缩式胶筒的进一步研究提供理论基础。     

刹车鼓热场数值分析及材料热疲劳寿命评估

应用ANSYS有限元分析软件，分析了石油钻机刹车鼓的温度场、热应力场及热应变场分布特征；结合材料性能参数，对刹车鼓热疲劳寿命进行评估，估算结果与高温低周疲劳试验结果基本吻合，为高温作用下钻机刹车鼓的热疲劳寿命评估提供了依据。     

连续管作业机软管滚筒制动装置设计

为了解决连续管作业机实际运输过程中滚筒在较差路况下出现晃动的问题,在充分考虑滚筒空间有限的情况下,提出了结构简单的液压控制制动装置,并在该制动结构的基础上进行了强度分析和疲劳寿命分析。分析结果显示：在液压缸施加21 kN推力的情况下,未简化的结构最大等效应力为233.5 MPa,经过简化的结构最大等效应力为62.89 MPa,满足选取材料强度的要求。疲劳寿命分析表明,制动结构的疲劳寿命在107次以上,安全性较高。     

采用替换磨损结构的刹车鼓

石油钻机绞车刹车鼓在下钻过程中,由于热负荷的作用会发生热疲劳破坏。作者将刹车鼓设计成由本体及替换磨损片两部分组成,以便使刹车鼓本体可以长期使用。实验证明,在钻机上采用这种结构的刹车鼓是可行的。     

钻机绞车水冷式刹车盘温度场数值模拟

基于盘式刹车在下钻过程中的制动特性,建立了水冷式刹车盘下钻过程中循环制动的有限元分析模型。利用有限元分析软件,以ZJ70钻机绞车盘式刹车为例,对重载下水冷式刹车盘的温度场进行了数值模拟,得出了刹车盘的温度场分布情况,并分析了刹车盘温度场的各影响因素,得到了不同工况条件下水冷式刹车盘的温度特性。     

盘式刹车热状态的计算与分析

依据钻采设备刹车装置的工作原理和热传递的基本理论,对盘式刹车工作过程的实际物理现象做了合理的抽象,建立了热物理模型和相应的热传递数学模型。在研究一般钻采设备盘式刹车工作过程的基础上,以石油大学设计、用于30t修井机的YPS20型盘式刹车为例,计算了它在连续下放油管柱时的溫度场,并阐明了它的温度特征。     

气体钻井钻柱疲劳失效周期分析

钻柱的频繁失效严重制约着气体钻井的发展。为研究钻柱的疲劳失效周期,以深直井全井钻柱为研究对象,基于疲劳寿命预测的Forman模型,综合考虑深直井钻柱的动力学特性和气体钻井过程中局部热因素对钻柱疲劳寿命的影响,建立了气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程。以川西某实钻井为例,利用建立的气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程,对气体钻井条件下的钻柱疲劳寿命进行了计算,并与该层段钻井液钻井参数下的钻柱疲劳寿命进行了对比,初步获得了气体钻井与钻井液钻井的钻柱疲劳寿命关系模型。分析结果表明,气体钻井的钻柱疲劳寿命对初始裂纹非常敏感,初始裂纹越大钻柱寿命下降越明显;气体钻井各井段钻柱的疲劳寿命均明显低于钻井液钻井。      

连续油管疲劳寿命模型与试验机的发展概述

随着连续油管应用范围的扩展,以及连续油管制造技术和焊缝热处理技术的改进,不断有更高钢级和更大直径的连续油管投入到三高油气田中应用,但这些新材料疲劳模型的测试数据还不完善。对连续油管弯曲低周疲劳损伤过程进行调研及国内外连续油管疲劳寿命预测模型的发展进行分析,发现国内外逐渐考虑缺陷和现场测量数据影响因素来改进疲劳寿命预测模型。疲劳寿命模型的基础数据来源于疲劳试验机的试验数据,使得连续油管疲劳试验装置得到较快的发展,并对国内外的疲劳试验机发展现状进行归纳。目前,连续油管疲劳试验机已经能模拟钻修井各种实际工况下多种载荷下的疲劳,但缺乏对连续油管进行系统和大量样品的试验。连续油管疲劳寿命预测模型具有一定指导性,但不能准确预测现场剩余寿命,还需要进一步的完善和改进疲劳预测模型。     

基于临界距离法的泵头体材料疲劳寿命预估

目前有关临界距离法公式修正的相关研究较少,也未见此法在泵头体材料疲劳寿命研究中的报道。为了研究临界距离理论能否合理预测缺口试件的疲劳寿命,建立了某泵头体材料铬镍合金缺口试件的有限元模型,得到其缺口根部的线弹性应力场,通过光滑试样的疲劳拉压试验测定了此材料的S-N曲线,并进行了多组缺口试样的疲劳试验,得到其疲劳寿命,应用传统临界距离法中的点法和线法进行了缺口试样的理论疲劳寿命预估。研究结果表明:与试验结果对比发现传统点法和线法的误差分别为-35. 44%和140. 40%,这一结果相较于目前工程应用的其他方法较为精确,验证了临界距离法对缺口试件疲劳寿命预估的有效性。对传统点法和线法进行修正并用修正公式计算缺口试件的疲劳寿命,其与试验数据的误差分别为18. 87%和12. 44%。修正公式大大提高了疲劳寿命预估的精度,具有一定的实际意义。     

基于ANSYS的不同排列方式短管蜂窝夹套有限元分析

以短管蜂窝夹套为研究对象,采用ANSYS有限元方法,模拟分析了短管排列方式改变对夹套静应力的影响及热应力-机械场对夹套结构强度的影响,进行了夹套疲劳寿命的校核。研究结果表明,在模拟试验条件下,三角形排列方式短管蜂窝夹套结构的总体应力为212.382 MPa,最大当量应力值为266.512 MPa,内筒体内陷量为0.854 mm,外壳外凸量为0.579 mm;正方形排列方式短管蜂窝夹套结构的总体应力为170.215 MPa,最大当量应力值为199.982 MPa,内筒体内陷量为1.573 mm,外壳外凸量为1.183 mm。2种短管排列方式的蜂窝夹套结构均满足强度要求和疲劳寿命要求。