管道疲劳裂纹扩展数值模拟

基于弹塑性基本理论,针对随动强化材料模型,以临界强度因子为开裂准则,采用退化奇异单元并编制弹塑性有限元程序,成功地模拟了管材疲劳裂纹的动态扩展过程。模拟结果与试验结果吻合较好,能很好地反映过载迟滞效应等现象。     

管线钢管的止裂预测

针对过去十年中管道韧性断裂的止裂预测与全尺寸试验结果不相符,致使标准预测工具对现代管道设计的适用性出现的问题。SZMF公司开发出了新的止裂预测方法。基于能量的判断应考虑到材料韧性的止裂压力预测。在有限元模型的数值方法中,代表材料抗力的基于能量的内聚区模型包含了材料损失,材料的力学性能特征值根据预制疲劳裂纹试样的落锤撕裂试验(DWTT)来确定。     

修井动力水龙头疲劳有限元分析方法研究

基于Palmgren-Miner疲劳损伤累加理论,提出了一种与动力水龙头工作实际相符的疲劳寿命有限元分析方法。在考虑应力集中、零件尺寸、表面条件、腐蚀状态及载荷变化影响的基础上,确定了满足FEM 1.001规范的材料S-N曲线计算和修正方法。以提环为研究对象,采用该方法进行疲劳寿命有限元模拟。结果表明,提环疲劳寿命值高于动力水龙头服役周期工作总次数,提环疲劳寿命满足设计要求。     

螺旋射孔多孔眼起裂裂缝形态有限元模拟

采用螺旋射孔完井时,准确模拟不同孔眼周围裂缝的起裂形态能够有效指导射孔参数的优化。基于渗流-应力耦合方法建立螺旋射孔井有限元数值模型,引入损伤变量描述岩体破坏后的弹性参数、强度和渗透率随损伤的变化规律,进一步追踪模拟岩体损伤裂隙的演变过程,借此预测近井筒周围的水力裂缝起裂和扩展形态。模拟结果表明:采用耦合损伤变量的有限元模型能够模拟出沿井筒面和射孔方向扩展的两种水力裂缝的起裂及其随液压加载的扩展趋势;针对不同井筒方向条件可模拟出不同孔眼处水力裂缝的起裂差异,以此评估孔眼间水力连接性,并预测近井筒裂缝形态。室内物理模拟实验与数值模拟结果一致,表明建立的有限元数值模型可用于分析近井筒裂缝起裂的复杂性问题,对现场射孔压裂优化设计具有指导意义。     

基于时域分析法的动态电缆疲劳分析

浮式风电用动态缆的疲劳寿命校核是动态缆设计中的关键步骤,是浮式风电长期安全运行的保证。 本文基于时域疲劳分析法对浮式风电用动态缆的疲劳性能进行校核,总结了动态缆疲劳分析各阶段的理论 方法,根据规范要求对长期海况进行分块处理以减少分析工况,基于雨流计数法对应力时程进行统计计数。 针对动态缆这种多单元结构采用水动力分析软件 Orcaflex中的应力系数法计算各单元的应力,并通过国内 海缆厂应用较多的有限元软件 Uflex计算应力系数。本文的动态缆疲劳校核方法具有一定的工程应用 价值。     

管道对接间断焊三维有限元模拟

应用大型有限元分析软件ABAQUS对工业管道的焊接接头进行温度场和残余应力场的数值模拟。选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度的变化以及外界环境对焊接构件对流和辐射散热的影响,采用热振幅曲线加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死和激活技术实现管道多道焊的模拟。获得了焊接接头温度场和残余应力场的分布规律,并对结果进行了分析和讨论。     

导管架平台应变监测传感器优化布置

针对导管架平台应变传感器无法覆盖所有结构关键位置的现状,提出一种基于结构多尺度模拟的应变传感器优化布置方法.利用管单元和梁单元建立导管架平台宏观有限元模型,并基于静力分析确定结构的关键区域.建立关键区域的三维实体有限元模型,采用多点约束方法进行梁单元与实体单元的耦合,完成结构多尺度建模.对多尺度模型进行力学分析,确定应...     

超深井钻机刹车盘热疲劳寿命预测

基于刹车盘热疲劳机理和M-C低周疲劳理论公式,对应变幅、温度幅与材料热疲劳寿命之间的关系做了综合分析。根据有限元计算结果,利用疲劳软件FE-fatigue对刹车盘的热疲劳寿命进行了模拟,得出刹车盘寿命云图、损伤云图及最危险节点的雨流循环直方图。综合研究结果表明,刹车盘的热疲劳损伤主要发生在表面层,温度幅越大,热疲劳损伤越严重;刹车盘表面层最危险点的疲劳寿命约为9395次,随着离表面层距离的增加(即温度幅的减小),材料的疲劳寿命逐渐增大,距表面15mm厚度区域可视为无限寿命。     

列管式反应器管板与反应管焊接残余应力场有限元模拟

运用大型有限元软件ANSYS对反应器管板与反应管焊接接头残余应力进行了模拟.有限元模型中选用了三维实体单元,考虑了材料的热物理性能随温度而变化的情况.运用内生热的加载方法模拟焊接热源,运用生死单元技术模拟两道焊焊接过程.获得了反应器管板与反应管焊接接头温度场和残余应力-应变场,并对计算结果进行了分析.     

油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟

基于多孔介质流固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的黏性系数和支撑剂的体积浓度随时间变化,所有参数均采用现场压裂的数据。通过数值模拟,得到了缝口压力、射孔孔眼摩阻、沿程摩阻、井筒内液柱静水压力和地面井口压力随压裂时间的变化规律,并给出了“压裂作业三条线”,模拟得到的“压裂作业三条线”与现场压裂实测结果吻合良好。     

X80钢CTOD有限元计算及断裂韧度评估

针对钢结构在外力作用下由于自身材料断裂韧度不足引起的断裂事故,按照Wells提出的CTOD断裂判据,建立X80钢薄板在受外载作用下的力学模型,并对其断裂韧度的安全性进行了评估。在裂纹体受载后,对原裂纹尖端垂直于裂纹方向的裂纹尖端张开位移δ进行了有限元计算,提出了K-δ方法、COD-δ方法和J-δ方法等有限元计算方法,且与断裂力学理论计算的δ结果误差极小。同时对X80钢断裂韧度按照BS 7448规范进行了测试,裂纹尖端张开位移的有限元计算方法和断裂韧度测试结果可供企业和科研院所参考。     

裂纹管的振动特性研究

采用奇异单元模拟裂纹尖端的奇异性,无摩擦接触单元模拟裂纹的张开闭合效应,建立舍有方向裂纹的裂纹管有限元模型。基于此模型研究裂纹方向对裂纹管固有频率的影响,针对悬臂裂纹管和简支裂纹管,分析简谐荷载作用下的非线性动力特性,重点讨论裂纹方向对系统超谐共振的影响,并量化裂纹方向角变化所引起的谐波分量的差异。     

压电功能梯度材料裂纹端部场分析

功能梯度材料作为一种新型材料,其性能优于单一材料。在石油工业中,由于单一材料并不能很好地满足工业的需求,而这种新型材料恰好弥补了这一缺陷与不足。同时,材料的断裂问题是任何机械工业中所不可避免的。鉴于此,借助有限元方法,对压电功能梯度材料的裂纹端部场进行了详细分析。主要研究力、电耦合载荷作用下,裂纹在梯度材料中的位置以及裂纹深度对裂纹端部应力的分布及其大小的影响。     

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。     

海洋平台含裂纹管节点CFRP修复效果仿真研究

以某冰区海洋导管架平台为研究对象,提出基于子模型技术的应力强度因子计算公式和步骤;建立了含裂纹管节点的有限元模型;提出用4种不同厚度的碳纤维增强复合材料(CFRP)片修复含裂纹管节点的有限元模型,并对修复效果进行了仿真分析与评估。仿真研究得出如下结论:(1)采用CFRP片修复平台含裂纹的管节点,裂纹尖端的应力强度因子以及平台管节点极限冰载荷都有较大变化,当CFRP片厚度为3mm时,等效应力强度因子减小58.01%以上,极限冰载荷增加95.83%,而当CFRP片厚度为6mm时,等效应力强度因子减小66.68%,极限冰载荷增加134.70%;(2)随着CFRP片厚度的增加,应力强度因子的减小,使胶层力学性能成为影响CFRP片修复平台管节点裂纹的一个"瓶颈"。     

表面裂纹的三维模拟及应力强度因子计算

考虑到裂纹前缘处的应力奇异性,在利用有限元方法计算平板表面裂纹的应力强度因子时,裂纹前缘采用三维四分之一分点20节点等参退化奇异单元。研究了裂纹前缘采用奇异单元的边长L与裂纹深度a之比L/a、围绕奇异单元层数R以及裂纹前缘每层单元划分的份数m(网格疏密)对计算结果的影响,并用无因次化的形状系数Y表示应力强度因子,分析结果与Newman-Raju公式计算结果基本相近。     

丁字形焊接接头疲劳强度的预测

以焊接结构常用的丁字形接头为例，采用有限元数值模拟研究方法，分析了SS400超细晶粒钢焊接接头未焊透对疲劳寿命和疲劳强度的影响。结果表明，未焊透的存在和未焊透尺寸增大，会加速疲劳裂纹的扩展，降低接头的疲劳强度。研究模型可定量预测焊接接头的疲劳级别。     

压裂泵阀箱疲劳寿命影响因素的研究

对国产某型号140 MPa压裂泵阀箱裂纹的断口进行分析,研究表明阀箱裂纹断口呈解理断裂形貌特征,疲劳辉纹在解理面上以脆性方式扩展,阀箱工作时较高的周向应力是引起疲劳开裂的主要原因。在此基础上,运用有限元软件开展了自增强技术、表面加工精度、表面强化处理工艺以及材料选择对阀箱疲劳寿命的影响规律研究。研究结果表明,以上方法均可以延长阀箱的疲劳寿命,但自增强技术是延长阀箱疲劳寿命最有效和最经济的方法,可有效延长疲劳寿命最长达7倍左右,在实施工艺上可选用静液压法和炮轰法,炮轰法工艺程序简单,建议采用该法进行自增强处理。     

隔水管焊缝疲劳损伤检测试验研究

为有效获得隔水管焊缝疲劳损伤过程中裂纹长度以判定其疲劳损伤状态,开展了隔水管用X80管线钢焊缝疲劳损伤磁记忆检测试验研究。疲劳试验过程中使用磁记忆检测传感器采集试样表面磁场切向信号Hx,用光学显微镜测量裂纹长度,用有限元仿真软件得到不同疲劳裂纹长度下试样磁场分布。通过采集试样表面切向磁场信号并提取特征参数,建立了基于磁记忆检测的焊缝疲劳损伤评价方法。试验结果表明:焊缝疲劳失效过程可分为裂纹萌生、裂纹缓慢扩展和裂纹快速扩展至断裂3个阶段;焊缝疲劳裂纹萌生阶段磁场信号主要受试样剩磁场影响;焊缝疲劳裂纹扩展至断裂阶段主要受裂纹缺陷漏磁场影响;切向磁场特征信号与疲劳裂纹长度呈线性增长关系;可通过检测疲劳裂纹周围空气域磁场来判定其疲劳裂纹长度及损伤状态。研究结果可为隔水管焊缝疲劳损伤状态检测及判定提供参考。