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．     

基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别技术

针对疲劳裂纹难以定量识别的问题,提出一种将主成分分析（PCA）和粒子群优化的最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）相结合的建模方法,通过建立漏磁信号与疲劳裂纹宽度、深度之间的非线性映射关系,对疲劳裂纹宽度、深度进行定量识别.搭建漏磁检测系统,采用疲劳拉伸试验制备一系列疲劳裂纹样本,通过疲劳裂纹漏磁定量识别实验,建立漏磁缺陷样本库,对基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别方法的可行性进行验证.结果表明,该方法能够有效定量识别尺寸小于1 mm;疲劳裂纹的宽度、深度,误差在0.1 mm左右.      

基于GA-BP神经网络的微裂纹漏磁定量识别技术

针对漏磁检测定量识别技术中识别的缺陷尺寸大多为1~10 mm的较大裂纹,与实际自然裂纹相差太大的问题,将基于遗传算法优化的BP神经网络（GA-BP）算法应用到微裂纹缺陷的漏磁定量识别中,使得漏磁检测定量识别缺陷的宽度、深度达到小于0.50 mm的微细裂纹,并通过基于磁偶极子模型的理论计算与漏磁检测实验两种方法构建了微裂纹（0.10~0.30 mm）缺陷样本库.由于在实际检测过程中存在干扰噪声的原因,实验数据的预测结果误差比理论计算数据预测结果明显偏大,最大为16.73%,但预测结果能够基本反映微裂纹缺陷的尺寸大小.      

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

基于数字图像的混凝土桥梁裂缝检测技术

应用visual C++6.0语言编制程序,研究了基于数字图像的桥梁裂缝检测方法,深入分析评价了图像灰度化、棋盘格角点求解像素率、滤波除噪、边缘检测等图像处理算法,实现了基于视频(或图像)的桥梁裂缝宽度计算和软件系统,并用15幅桥梁裂缝图像验证了其裂缝检测精度.结果表明:本文提出的裂缝识别方法能较好地用于钢筋混凝土桥梁和B类预应力混凝土桥梁的裂缝检测,当裂缝宽度大于0.3 mm时,图像计算出的裂缝宽度值与实测值非常接近,相对误差在6％以内;当裂缝宽度为0.2～0.3mm时,相对误差在10％以内.     

钢杆小裂纹最佳涡流检测参数的实验研究

为了提高棒料钢杆小裂纹涡流检测的精度,减小由于检测参数的不恰当选取带来的非线性误差,基于实验模型,采用涡流检测仪和外置式探头,对25#钢3种不同直径0.1 mm深的裂纹在不同工作频率和不同提离值下进行涡流检测,得到检测的相位信息.通过研究不同工作频率和不同提离值对相位信号的影响,根据线性拟合平均标准差为最小原则,得到了棒料小裂纹涡流检测参数与相位信号呈线性关系的最佳检测参数区段,这对提高棒料小裂纹检测精度和外置式钢棒涡流检测参数的选择具有重要的指导作用.     

裂缝尺寸对微生物修复混凝土强度的影响

为研究微生物在不同宽度、深度的裂缝尺寸下对混凝土强度的修复效果,选用巴氏芽孢杆菌为裂缝修复剂,在宽度为0.75,1.0,1.25 mm及深度为15,30,45,60,75,90 mm的不同裂缝下对混凝土进行修复,通过混凝土抗压试验,测出未修复和修复的试块抗压强度.结果表明:(1)微生物在不同裂缝尺寸下的修复对混凝土强度都有提升作用;(2)裂缝深度对混凝土修复强度的影响更大;(3)在同一裂缝宽度下,修复效果出现了先上升后降低的趋势,在深度为30 mm和45 mm的时候,修复效果最佳.     

基于线型激光的热轧带钢表面在线检测系统

针对基于面阵CCD摄像机的热轧带钢表面缺陷检测系统所存在的问题,提出采用线阵CCD摄像机作为热轧带钢的表面图像采集装置,将激光线光源作为照明光源,解决了高温环境下的远距离均匀照明问题.采用这种图像采集方式可以使系统的精度达到0.5mm以上.针对热轧带钢表面存在的氧化铁皮、水及光照不均等问题,提出了对于不同缺陷类型建立单独的缺陷检测算法的思想.目前已经建立了纵裂与边裂的检测算法,对这两类缺陷的检出率达95%以上.     

含施工裂缝隧道穿越段堤防渗流和稳定分析

某长江隧道穿越江北大堤,堤身出现施工贯穿式裂缝,且累计沉降较大。考虑长江大堤堤身不同深度施工裂缝对堤身渗透稳定及堤坡抗滑稳定的影响,建立隧道穿越段大堤渗流有限元模型和边坡稳定分析模型,采用饱和-非饱和渗流有限元法和瑞典圆弧法,计算分析历史最高水位条件下不同深度裂缝堤防的渗流性态和堤坡稳定性。计算结果表明:深层搅拌桩对堤防渗流和稳定均有利;贯穿式裂缝对裂缝周围地层的渗流场影响较大,但当裂缝深度小于8.5 m时,堤身与堤基的最大渗透坡降分别为0.206和0.181,均小于相应材料的允许渗透坡降值,堤防渗透稳定能满足要求;贯穿式裂缝位置和深度对堤坡稳定影响显著,当裂缝深度为8.5 m时,两个不同裂缝位置的堤防抗滑稳定安全系数分别为2.419和1.844,当裂缝深度小于8.5 m时,经过深层搅拌桩加固处理后,堤坡稳定能满足要求。     

含裂纹AL2024薄板剩余强度和剩余寿命的影响因素研究

机械构件在使用的过程中难免会造成各种裂纹缺陷。为了保证含裂纹结构的使用安全,本文基于韧性断裂准则和最大周应力准则建立了含裂纹结构的剩余强度和剩余寿命的分析模块。利用上述分析模块探索了裂纹深度和裂纹倾斜角对含裂纹AL2024铝板剩余强度和剩余寿命的影响能力,并利用回归分析分布拟合出了剩余强度和剩余寿命的表达式。研究结果表明：剩余强度和剩余寿命的分析模块准确可靠;剩余强度随裂纹深度和裂纹倾斜度成指数变化,裂纹深度从15 mm增加到40 mm,裂纹倾斜角从60°减小到0°过程中,剩余强度从249.50 MPa减小到79.78 MPa,说明从剩余强度上讲深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大;剩余寿命与裂纹深度和裂纹倾斜角也成指数关系,在研究范围内随裂纹深度的增大和裂纹倾斜角的减小剩余寿命从148871减小到4481,说明从剩余寿命上讲深裂纹和小倾角裂纹危害较大。研究结果表明深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大,在周期性检查过程中要特别注意;同时该方法对于结构剩余强度和剩余寿命的评估提供了有益的参考。