连续油管焊接接头疲劳寿命研究

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本文通过对连续油管焊接接头振动疲劳寿命的研究,达到准确预测连续油管疲劳寿命的目的,对降低油管疲劳破坏率,具有良好的理论应用及工程应用价值。首先,通过疲劳试验获得CT80钢级连续油管母材以及焊接接头的疲劳寿命曲线,连续油管母材的疲劳极限为250MPa,焊接接头的疲劳极限为225MPa。利用扫描电镜分析了疲劳断口的形貌,发现CT80连续油管母材和焊接接头发生疲劳断裂的机理均为韧窝、解理断裂。其次,采用了盲孔法、X射线衍射法测量了连续油管残余应力,并使用切环法对两种方法测出的残余应力进行了对比分析,发现连续油管内的残余应力水平较低,轴向峰值应力水平低于86.83MPa、周向峰值应力水平低于42.67MPa;同时,运用ABAQUS软件对内压作用下的连续油管的应力集中程度进行了分析,发现焊接接头处的应力集中系数为1.60。然后,通过理论解析和数值模拟两种方法对连续油管的波动频率进行了分析。得出实际生产应用中连续油管的波动频率较为复杂,与油管的弹性模量、密度、油管的长度、油管的截面形状以及电缆的直径、密度等都有关系,并通过计算得到的连续油管的一阶波动频率为0.0012Hz。最后,采用ANSYSWorkbench建立了油压波动、应力集中程度以及残余应力水平对连续油管疲劳寿命的影响分析模型。结果显示,随着加载内压、残余应力水平以及应力集中程度的提高,连续油管的疲劳寿命会降低;当连续油管焊接接头的应力集中系数Kt=1.6、加载内压为40MPa、残余应力为13.2MPa时,连续油管的疲劳寿命为0.2年。
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