超高压压裂泵泵头体自增强再处理研究

自增强技术是提高超高压压裂泵泵头体寿命的有效方法。针对自增强处理形成的残余应力易出现松弛现象,开展了对泵头体再次自增强处理的研究。分析了初始自增强处理的最佳自增强压力的计算方法,得出了最佳压力值为637.7 MPa;并计算了泵头体在最佳自增强压力作用下的残余应力及工作应力分量值。确定了泵头体危险处沿内腔十字交叉孔面法线方向的应力分量对泵头体疲劳寿命的提高或降低起主导因素。根据法向残余压应力的衰减量,研究了泵头体再次自增强处理压力及残余压应力层深度变化的规律。结果表明:当泵头体内腔残余应力衰减量达到40%~45%范围内,需要进行再次自增强处理;且实施再次自增强处理所需的自增强压力应略高于或等于初始自增强处理时的最佳自增强压力。     

材料的一种新型应力应变模型

为研究自增强超高压容器的残余应力,提出了一个新型的应力应变模型,该模型比别的模型更接近于自增强超高压容器用钢的实际工 作情况;以某材料为例介绍了确定该新型模型的方法,并对其误差进行了分析,论述了由一般的拉伸曲线求解该新型的应力应变关系模型的可 行性及可靠性。     

厚壁管的自增强损伤残余应力计算模型

基于超高压容器的自增强制造过程,阐述了自增强容器的损伤形成原因与损伤形式.然后,在总结以往各种自增强理论模型的基础上,从超高压容器的自增强损伤机理出发,针对自增强容器的自身特点,建立了容器的自增强损伤力学模型,得出自增强损伤力学模型下自增强损伤压力、临界损伤压力、临界损伤半径、外壁环向应变、自增强残余应力的表达式.借助于25Cr2MoV材料的自增强试验数据对自增强损伤力学模型进行了计算,通过计算结果可以看出该模型与理想弹塑性模型、双线性硬化模型相比更接近于实测值,计算精度更高,并且与双线性模型相比,表达简单、理解较容易.     

泵头体自增强超高压密封技术研究

泵头体自增强通过引入残余应力来提高其结构强度和疲劳寿命.针对泵头体受自增强压力、内腔结构和加工工艺限制,难以实现超高压密封的问题,通过泵头体自增强密封技术特点分析,提出了软硬密封相结合的自紧密封方案.对锥面硬密封进行接触弹塑性有限元计算与分析,得到了最佳半锥角和圆角半径值.并提出泵头体超高压锥面密封的半锥角选择原则:低压确保建立稳定密封,超高压时应具有高结构强度.最后采用缩比模型实验验证了泵头体超高压密封结构合理、密封可靠性、结构强度足够,为泵头体自增强技术提供了超高压密封理论与实验依据.     

泡沫塑料吸能特性的试验研究

相比于泡沫金属,泡沫塑料有如隔热、绝缘、回弹性好、成本低等优点. 泡沫塑料在压缩变形过程中经历3个阶段:初始弹性区、平台区和压实区,平台区对应的应变很大而应力较低,是主要的吸能阶段. 在平台区内泡沫塑料同时发生弹性变形和塑性变形,塑性变形使泡沫塑料产生损伤,而呈现出应力软化的现象. 通过对3种不同密度的泡沫塑料进行不同压缩速度和压缩量的多循环单向压缩试验,对比研究了泡沫塑料的吸能特性与残余变形和应变率、密度以及变形历史的相关性.     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

自增强三维高压油管的疲劳寿命预测

基于弹塑性理论的自增强技术可以提高高压油管的使用寿命.对三维高压油管进行了弹塑性有限元分析,通过计算油管的残余应力,探讨了自增强技术在提高油管寿命方面的研究与应用.对不同自增强压力下的油管在工作压力作用下最大应力值进行比较,确定了最佳自增强压力.基于应力-寿命法,应用MSC.Fatigue软件对自增强前后高压油管的疲劳寿命进行预测,结果表明自增强后三维高压油管的疲劳寿命与未进行自增强处理油管的疲劳寿命分布有着明显的差异,自增强前最小疲劳寿命区位于内壁,而自增强后最小疲劳寿命区分布在壁间,自增强技术使油管最小疲劳寿命提高了5倍以上.     

缠绕复合材料固化残余应力分析

本文利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示：缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

缠绕复合材料结构固化残余应力的数值计算

利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示:缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

化学热处理后残余应力分布及对疲劳强度的影响

探讨了渗碳、碳氮共渗、氮化等常用的化学热处理后所产生的残余应力分布特点，及其对疲劳强度的影响。试验表明，化学热处理后残余压应力的深度往往与渗层深度相一致。渗层中的相变次序和残余奥氏体的存在对残余应力分布影响较大。表层残余压力对工件的疲劳强度起着有益的作用。     

钢箱梁横隔板焊缝疲劳性能的锤击效果研究

针对钢箱梁横隔板与U肋连接焊缝疲劳细节,选取了三个局部试件作为研究对象,采用锤击装置对试件弧形缺口处焊缝的焊趾部位进行锤击处理,并采用疲劳试验机对处理后试件进行疲劳加载,对比分析试件的疲劳裂纹扩展情况、疲劳应力幅和疲劳强度的变化情况。同时,建立了局部锤击有限元模型,分析锤击部位的残余应力、塑性变形等,并结合疲劳试验结果,从疲劳裂纹萌生寿命、疲劳强度、锤击残余应力分布等角度,对锤击效果进行了评价。研究结果表明,锤击处理可有效提高横隔板与U肋连接焊缝的疲劳裂纹萌生寿命及疲劳强度;锤击处理可产生明显的塑性变形及残余应力,且两者均以焊趾为中心近似呈圆弧状分布;锤击深度为0.2mm时,锤击残余压应力沿板厚、垂直焊缝方向的分布范围均为3mm左右,从而改善构件的疲劳性能。     

基于有限元的铝合金预拉伸板振动时效仿真分析

为消除铝合金预拉伸板中的残余应力,采用弹塑性有限元法对振动时效消除残余应力进行数值模拟.研究振动时效工艺参数对残余应力消除的影响,结果表明只有铝合金预拉伸板产生一定的塑性变形振动时效才能有效消除残余应力;对于共振时效,激振产生的较大振幅能更有效消除残余应力;激振时间对激振效果影响不大.     

自由变形结构弹塑性分析的新方法

考虑目前塑性力学实验与理论上存在的众多分歧,从材料弹塑性变形的本质入手,研究受力构件应力分布与变形间的关系.对于一个受力结构,其内应力引起应变,受力较小时应力仅引起弹性应变,εij=Gijklσkl.受力较大后,应力的作用不仅产生弹性应变,也产生塑性应变,εij=εije+εijp.在小变形、弹性变形与塑性变形不耦合情况下,结构中的应力与弹性应变仍呈线性关系而与不受塑性变形的影响.按照以上思想对梁、轴受力结构进行了弹塑性分析,得出在弹塑性下梁、轴内应力呈线性分布,卸载后结构内有残余的塑性变形,而无残余应力.新认识比原有认识更符合结构弹塑性变形实际情况,并具有普遍意义.     

玻纤增强柔性管结构敏感性研究与数值分析

针对在海洋油气开采中传统钢管质量大、易腐蚀老化等问题,亟需找到一种质量小、强度高且耐腐蚀的新型柔性管道,选用玻纤增强柔性管开展了研究,基于复合材料层合板理论建立了玻纤增强柔性管的理论模型,采用ABAQUS建立了管道整体的有限元模型,通过相关文献验证了模型的准确性,分析了缠绕角度在拉伸、压缩、弯曲、拉伸-弯曲以及压缩-弯曲5种荷载工况下对管道应力的影响,并着重分析了拉伸工况下增强层缠绕层数对管道应力的影响.结果表明：柔性管增强层是管道主要的承载结构.综合5种工况模拟结果,得到柔性管增强层最佳缠绕角度为（±45°）～（±55°）,增强层缠绕层数在4～16层时,柔性管承载能力有较大提高,超过16层后,承载能力无明显提高.     

钢/聚丙烯/钢复合板拉深中钢板变形有限元分析

用弹塑性大变形有限元方法模拟钢／聚丙烯／钢复合层板的拉深成形过程，揭示了两层钢板的塑性应变发展过程，分析了不同变形区域的塑性变形特征。对内层钢板，从板料中心沿径向依次处于非塑性变形状态、径向伸长类变形、周向压缩类变形状态。而对外层钢板，从板料中心沿径向则依次处于非塑性变形状态、周向压缩类变形状态、径向伸长类变形状态、周向压缩类变形状态。     

单层厚壁圆筒的自增强损伤研究

摘要用损伤变量研究自增强厚壁圆筒产生自增强的过程,引入损伤有效应力的概念,结合自增强厚壁圆筒的结构特点,建立了单层厚壁圆筒的损伤自增强模型。给出了损伤区和弹性区的应力表达式、损伤自增强压力、外壁环向应变与损伤自增强残余应力等表达式。借助于25Cr2MoV材料的自增强实验数据对损伤自增强模型进行了测算,结果表明,损伤自增强模型与理想弹塑性模型、双线性硬化模型相比更接近于实测值。重要意义在于可能产生新的单层厚壁圆筒的研究方向。     

基于损伤理论的单层厚壁圆筒自增强弹塑性交界面半径Rc 的确定

在自增强技术中,确定最佳弹塑性界面半径是关键。在利用自增强理论设计计算超高压容器时,最佳自增强处理压力、最佳弹塑性界面半径是主要的参数。笔者分别采用理想弹塑性模型和损伤模型对三种不同规格的厚壁圆筒进行了计算,并与同参数的理想弹塑性模型和实际测得的弹塑性交界面半径值进行了对比,从而说明本论文给出的的基于损失的厚壁圆筒弹塑性交界面半径计算思路是正确的,为将来准确预测和控制自增强容器残余应力,提供了理论依据。     

打孔管道焊接修复结构的残余应力测试

输油管道上的打孔盗油案件时有发生.对被打孔的管道,只能采用焊接方法抢修,而焊接产生的残余应力影响管道承压能力和剩余寿命.为了解管道修复中焊接残余应力对管道完整性的影响,用钻孔法分别测试了打孔管道的不同焊接修复结构的残余应力,并和管道螺旋焊缝处的残余应力进行了对比.测试结果表明,焊缝近处存在残余应力,且距焊缝越近,残余应力越大.管道修复结构中的残余应力的第一主应力多为拉应力,其最大值为管材屈服极限的70.94%;管道螺旋焊缝处的残余应力的第二主应力为压应力,其最大值约为管材屈服极限的74.66%.同时在焊接接管的根部存在较大的残余应力.     

拉伸装夹改变铣削残余应力的机理研究

基于平面应变的热弹塑性理论分析了拉伸装夹加工残余应力的形成原理,建立了拉伸装夹加工的应变叠加模型,认为残余应力由加工表面的塑性应变决定,而加工表面的塑性应变是加工过程引入的塑性应变和拉伸装夹产生的初始弹性应变之和. 开展了TC4钛合金的拉伸装夹铣削试验,铣削速度从38m/min到566m/min,拉伸装夹产生的初始应变从0和3.0‰, 铣削完成后,在铣削面内与拉伸方向呈0、30、90、120度的四个方向上分别测量了残余应力.试验结果表明在四个测量方向上拉伸装夹引起的残余应力变化量和产生的初始弹性应变一是致的,验证了应变叠加模型的正确性。     

拉伸装夹改变铣削表面残余应力的机理

基于平面应变的热弹塑性理论,分析了拉伸装夹铣削过程中应力应变的变化过程,推导了装夹初始应变和最终铣削残余应力之间的关系,并提出了一个应变叠加模型,认为如果拉伸装夹产生正的初始弹性应变,就会使残余压应力增大,否则会使残余压应力减小.开展了TC4钛合金的拉伸装夹铣削试验,铣削速度为38～566m/min,拉伸装夹产生的初始应变为0～0.003.铣削完成后,分别测量了在铣削面内与拉伸装夹方向呈0°,30°,90°和120°角的4个方向上的残余应力.试验结果表明,4个测量方向上拉伸装夹引起的残余应力变化量和产生的初始弹性应变是一致的.说明所提出的应变叠加模型是正确的.