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6 关于全尺寸钻杆疲劳和小规模样品疲劳特点的技术 《国际杂志》疲劳26(2004)575 – 584 G.F. Miscow a,?, P.E.V. de Miranda a, T.A. Netto b, J.C.R. Pla′cido c a Laborato′ rio de Hidroge?nio, COPPE/UFRJ, P.O. Box 68505, Zip Code 21941-972, Rio de Janeiro, RJ, Brazil b Laborato′ rio de Tecnologia Submarina, COPPE /UFRJ, Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil c Petrobras, Cenpes/TDEP/TEP, Rio de Janeiro, Brazil 摘要 钻杆疲劳损伤的发生在低周反复加载条件下由于,比如,油井弯曲部分的旋转由裂纹萌生和扩展引起的失效是这些管道结构的完整性一个最高的风险。通常, 失效总是发生在工具连接过度区。一个疲劳装置是为了测试在循环旋转弯曲应力和恒张力作用下的全尺寸钻杆。此外,基本疲劳机理可以通过实验室小型试验样品加以研究。在这个实验中,利用微分干涉对比(DIC)执行现场实时监测和简单分析，这些测试仪器是光电机械疲劳测试仪器 。用疲劳断口的扫描电镜观察了样品。从规模小测试得到钻杆API S—135级钢的fatigue-life曲线。 全尺寸钻杆的测试结果和预期及验证实验程序是一致的。 1引言 疲劳是钻杆失效的主要原因，为了更好地理解失效的机制通过对大多数常用钻杆的测试以获得失效底线是有必要的。 钻杆跟踪是一个很大的挑战。Petrobras1正在尝试的一种方法是用电子芯片放在工具的连接处,这将使轨道追踪过程容易多了。因为一种钻杆的历史数据是很难得到的， 因此，确定被用于不同条件下钻杆的剩余寿命用来估测他们是否可以继续用在其他的钻进条件是很有必要的。这促使一个全面的 COPPE / UFRJ疲劳模拟器的产生,它的主要特点阐述在这篇论文中。这种模拟器正在用于新钻杆和酒钻杆的疲劳测试，旨在评估在钻井施工中的典型累积损伤。虽然疲劳机制还没有完全理解,但是研究裂纹的萌生和扩展机理也在继续。一个opto-mechanic疲劳系统也被设计和组装，目的是为了分析由于疲劳损伤累积塑性变形表面上的小规模样本,从全尺寸加工钻杆API S - 135级钢与0.127米(5)和9.5×10外径3 m(3/8in)壁厚。这项工作在COPPE和 UFRJ的下正在进行。 2全尺寸疲劳模拟器 该模拟器的设计是用来执行在结合钻杆弯曲和轴向拉伸载荷做用下的疲劳试验,。而部分焊接管道受到不断弯曲荷载作用下,纤维应力在各纵梁旋转是多样的周期性的试样。除了弯曲疲劳载荷、平均轴向张力也适用于试样。 该装置的主要特征如下。 试件的最大长度:6米(包括连接端口); 最大外径的标本:3.24×10^4米(12.75寸); 最大弯矩:大约有600KN。 米(5.3×106 lb.in); 最大轴向张力:2000 KN(4.5×10^5 lbf); 测试频率 5-15HZ 设计测试是基于旋转弯曲试验方法Wo’ehler所构思的对核种传输在循环荷载作用下钢铁和其它金属合金的影响。通常,旋转弯曲疲劳试验进行在光滑的小直径圆柱形试样上,但是他们也曾经用于钻杆试样直径1.14×10 4米(4.5) ,和3.24×10 4米(12.75)直径钢管的焊接接头 。一个典型的小型旋转弯曲测试设定图1显示的是。模拟疲劳荷载作用下,中部地区的标本(长度等于L)受到恒定弯矩。这是完成简单的两端支撑标本,运用横向荷载大小相等的两个点(高于),除了每端等间隔(在图1 d之间的距离,是最后的支持和“点”在载荷)。结果是,任何特定材料在这个地区将纤维经验,在静态配置、纵向弯曲应力σb, 在该区域纵向中性轴的拉应力和另一面的压缩性。 图1 .典型的小型疲劳试验的设置 作为试样转动,σx轮流在高度紧张和低10 -锡。σm平均应力是由轴向力被应用到标本,而应力 控制是通过弯曲载荷。它包括一个钢结构框架横向荷载两个组件配置液压执行机构,一个液压张紧致动器,两端支撑组件提供的轴向和径向轴承、两个水压泵,一个驱动机制,以旋转的标本(电机、正时皮带,滑轮)、各式各样的仪器(负荷的细胞、LVDT、压力传感器等)和计算机数据采集与闭环控制系统。尽管容量的实验设置、试件的试验介绍了独特的相关问题测试技术,原则是类似规模小——