鉆桿用鋼復(fù)合加載疲勞斷裂及規(guī)律性研究.pdf

1、鉆桿是石油、天然氣開采和地質(zhì)勘察中重要結(jié)構(gòu)件,也是石油鉆柱的主要構(gòu)件。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和石油勘探開發(fā)力度的加大,復(fù)雜井的鉆探工作量呈現(xiàn)出逐年上升,隨之而來的鉆桿早期疲勞失效事故頻繁發(fā)生。因此,對鉆桿疲勞損傷及壽命預(yù)測進(jìn)行深入的研究具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
　　 本論文以S135鉆桿鋼為研究材料,試驗(yàn)研究了單軸疲勞和拉扭復(fù)合加載條件下的疲勞壽命的控制因素,并對疲勞斷裂的特征進(jìn)行宏觀和微觀分析。在對稱循環(huán)疲勞加載條件下,疲勞

2、壽命受應(yīng)力幅的控制,存在明顯的疲勞極限,疲勞壽命的變化規(guī)律可表示為Nf=4.64×108(Seqv-577.9)-2。在對稱扭轉(zhuǎn)疲勞條件下,疲勞壽命受切應(yīng)力幅的控制,疲勞壽命的變化規(guī)律可表示為Nf=1.66×108(τa-393.9)-2。在拉扭復(fù)合加載條件下,存在明顯的疲勞極限,當(dāng)切應(yīng)力幅與拉壓應(yīng)力幅的比值為0.7時(shí),疲勞壽命與拉壓應(yīng)力幅的關(guān)系為Nf=4.40×108(Seqv-499.0)-2。
　　 對比分析了單軸疲勞和拉

3、扭復(fù)合加載疲勞壽命的關(guān)系,采用Von Miss應(yīng)力σeq=√(σ)2+3τ2作為有效應(yīng)力,疲勞壽命不能很好的歸一化,并對產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。
　　 在單軸疲勞下,對稱拉壓疲勞的斷裂面垂直于加載的軸線方向,試樣無明顯的塑性變形,裂紋從試樣表面穿晶起始,并穿晶擴(kuò)展,擴(kuò)展區(qū)為典型的二次開裂的疲勞輝條帶。在對稱扭轉(zhuǎn)疲勞條件下,斷裂面與切應(yīng)力方向平行,裂紋塑變微孔形核,擴(kuò)展區(qū)為漣波狀花樣。在拉扭復(fù)合加載條件下,斷裂面基本與切應(yīng)力方向平行