隔水管脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验研究

为研究深水钻井过程中隔水管疲劳失效的检测问题,将磁记忆技术应用于隔水管疲劳损伤检测。选用典型隔水管材料X80开展脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验,使用光学显微镜观测试样表面形貌并测量裂纹长度;采集试样表面切向磁记忆信号并提取特征参数,建立基于磁记忆技术的疲劳损伤定量评估方法。研究结果表明:对比显微观测结果,切向磁记忆信号特征参数变化能够实现对疲劳损伤进程的准确表征且能够准确地检测裂纹的萌生及失稳扩展;切向磁记忆信号波谷值绝对值和梯度峰峰值绝对值均与裂纹长度呈线性递增关系。该方法可为进一步研究基于磁记忆技术的隔水管疲劳损伤早期诊断方法提供理论与数据支撑。     

油气储罐罐壁焊缝静载拉伸检测试验研究*

为建立磁记忆信号与罐体焊接缺陷演变的对应关系,获得以非接触方式检测焊缝处的磁记忆信号来实现对罐体的早期预警和无损检测技术,开展罐壁焊缝试样静载拉伸试验,研究油气储罐在静载拉伸过程中焊缝的磁记忆信号变化规律,并结合有限元模拟仿真进行磁场分布规律的分析。结果表明:磁记忆信号梯度值会在焊缝缺陷处产生突变;随着裂纹深度的增加,磁记忆信号梯度峰峰值呈线性增加,并且峰值随着拉伸载荷的增加而线性增加。     

钻具材料疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

为及时准确地确定钻具疲劳损伤及应力集中位置,确定疲劳损伤程度,对42CrMo钢缺口试件进行拉扭疲劳试验及磁记忆在线检测。试验中实时采集磁记忆信号的切向分量,分析其梯度变化趋势,并提取Hp(x)max,Hp(x)sub,Kmax,Ksub等4个磁记忆信号特征参量,研究这4个特征参量在整个疲劳循环过程中的变化规律,并比较在线卸载与在线加载检测各特征参量的异同。试验结果表明,在整个疲劳过程中,各磁记忆信号特征参量具有不同的变化规律,很好地诠释了材料的拉扭疲劳过程,表征出不同疲劳阶段材料的应力集中程度。     

基于休哈特控制图的磁记忆早期损伤检测方法

为完善金属磁记忆检测早期损伤的定性定量评价方法,开展Q235钢圆棒试件扭转试验。利用应力集中磁指示仪,记录不同扭矩作用下的试件表面的磁记忆信号的切向分量Hx和法向分量Hy。进而提出基于休哈特控制图的磁记忆信号早期损伤检测方法。结果表明,磁信号在试件屈服时发生明显跳变,此时合成磁场梯度绝对值正好达到最大;借助休哈特控制图,能消除梯度值波动对信号判断的干扰,并能给出试件产生屈服时的准确异常预警范围,从而较好地实现磁记忆早期损伤的快速准确识别。     

循环弯曲和内压作用下连续油管壁厚变化规律试验研究

连续油管作业期间,除受到循环弯曲载荷作用外,管内还常受内压作用,从而产生严重的塑性变形,会出现壁厚减薄和截面椭圆化,而大多数情况的疲劳裂纹都是源于壁厚减薄处。采用自制的连续油管疲劳试验机进行室内试验,模拟全尺寸连续油管在实际工况中受到的循环弯曲和内压作用,利用超声波测厚仪检测不同循环次数下的油管壁厚值。在300mm最大弯曲行程、20MPa内压下,连续油管壁厚变化率成抛物线下降趋势,得到壁厚变化率与循环次数拟合关系,可为预判连油管工作寿命提供依据。     

基于磁记忆检测方法的连续油管刻伤试验研究

随着连续油管的大规模投入使用,油管损伤引起的安全事故与日俱增。为了及时对油管使用过程中产生的缺陷进行检测、识别及定位,基于磁记忆检测方法,对连续油管进行管壁刻伤试验,结合workbench有限元方法模拟刻伤处的应力分布,对比分析不同刻伤类型产生的典型信号特征及信号特征值变化趋势。结果表明:刻伤部位的磁记忆信号曲线与应力分布曲线的特征及峰值变化趋势一致,随着刻伤宽度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线由单峰向双峰过渡,磁记忆信号峰值及应力峰值呈降低趋势;随着刻伤深度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线峰峰值增加,磁记忆信号峰值及应力峰值呈升高趋势。     

电磁法在埋地管道磁记忆检测中的应用研究

为提高埋地管道磁记忆检测的准确性,减少外界因素对磁记忆信号的干扰,基于强化磁记忆检测技术,研究电磁法对埋地管道磁记忆的影响。首先,通过管道磁化原理,分析管道磁化强度随外磁场的变化关系;然后,建立电磁法下管道磁感应强度梯度模量的计算模型,并分析电流大小对磁感应强度梯度模量的影响;最后,在某埋地管道磁记忆检测中应用电磁法,并与地磁场下的检测结果进行对比。结果表明:在地磁场下,管道磁化强度的增长率较大;应用电磁法能加强管道的磁化强度,增大缺陷处的磁感应强度梯度模量,起到凸显缺陷处磁记忆信号特征和抑制干扰因素影响的作用,从而提高埋地管道磁记忆检测的灵敏度。     

连续油管疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

连续油管工作在大位移塑性变形条件下,受力复杂,工况恶劣。其破坏形式多种多样,尤以疲劳居多。根据连续油管的工作原理,利用磁记忆检测方法,进行连续油管全尺寸疲劳试验,研究连续油管在内压、轴向拉伸及弯曲等交变载荷作用下,疲劳破坏过程的磁记忆特征信号变化规律,采用区域积分面积-寿命关系曲线,分析大位移塑性变形下的连续油管疲劳损伤过程的磁记忆信号特征值的规律。试验表明:磁记忆特征值可以很好的描述连续油管疲劳损伤程度,为现场连续油管服役过程工作寿命及损伤程度的判定提供依据。     

平板及焊缝中裂纹磁记忆检测技术研究

为了将磁记忆技术用于裂纹缺陷的检测领域,应用试验研究和有限元分析相结合的方法,分析裂纹的深度、埋深、宽度以及扫描角度对平板中裂纹磁记忆检测的影响。针对45号钢板建立深度和宽度2个影响参量与磁记忆信号之间的量化关系。沿焊缝长度方向和垂直焊缝长度方向对焊接裂纹进行磁记忆检测,研究焊接裂纹的检测方法和信号特征。提出根据局部波形呈现正弦波形态判别缺陷的方法。研究结果表明,用磁记忆检测技术能够对裂纹进行定位,并根据波形信号特征量对裂纹深度、宽度进行量化评价。     

45#钢金属磁记忆信号变化特征分析

为研究铁磁试件在不同应力下的磁化特征，对无预制缺陷的45#钢平板试件进行拉伸试验，并在线测量了不同应力水平下试件表面的漏磁场分布，分析了试件表面漏磁场分布与应力分布之间的关系，以及应力对磁记忆信号的影响；在磁记忆特征值提取方面，利用传统的磁场梯度K值，可以有效的检验应力集中部位，实验证明，可以通过此特征值对试件的安全性做出检测及评估。     

基于IPSO-BP神经网络的钢丝绳断丝损伤识别模型研究

为解决传统钢丝绳断丝损伤识别方法精度低，BP神经网络陷入局部最优等问题，提出改进粒子群算法（IPSO）的BP神经网络识别模型。通过采集钢丝绳断丝损伤信号，提取缺陷信号特征，用峰值、峰峰值、波宽、波形下面积和波动能量5个特征值组成特征向量作为神经网络的输人，断丝数量作为神经网络的输出；利用改进粒子群算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行优化；建立基于IPSO-BP算法的神经网络模型，用于钢丝绳断丝的定量识别。结果表明:IPSO-BPS神经网络模型的钢丝绳断丝损伤识别精度、泛化能力均高于传统BP神经网络模型，且改进的粒子群算法迭代寻优速度更快。     

基于ACF-AMDF的气井环空液面回波特征提取方法

为了精确有效地提取声波法检测气井环空液位的回波周期，在分析环空中测试波的传播特征及基音周期检测的基础上，提出1种基于检测信号短时自相关函数(ACF)及平均幅度差函数(AMDF)的液面回波周期提取方法；利用自主搭建的室内模拟实验系统开展了不同初始环空压力下环空液位检测实验；对检测信号进行中心削波处理并计算ACF/AMDF，提取出液面回波周期并与理论计算值对比分析；同时分析了现场环空液位检测信号，提取其回波周期。研究结果表明:提出的新方法能有效地用于提取环空液面回波周期；室内实验中，该方法最大误差绝对值为1.54%；该方法能够有效抑制液面回波信号中的随机噪声及接箍反射波等，处理后的信号曲线在回波周期处峰值更加突出、集中，而在其他位置更加平滑，提高了对液面回波周期特征的辨识能力。     

页岩气体积压裂过程中套管失效机理研究

为了研究体积压裂过程中套管失效问题,基于页岩气水平井X-1h钻完井资料,提出了微地震数据反演方法,并结 合岩石断裂力学和岩石损伤力学,建立了X-1h体积压裂地层-多簇射孔-套管有限元模型。有限元结果表明:体积压裂范 围内的地应力场发生明显变化,甚至出现“张应力”区和“零应力”区的应力反转现象,该特征将不同程度地使套管在 地层中出现“悬空”状态,导致套管沿其径向产生一定程度的挠度变形,沿轴向套管呈现“S”型变形。适当增加压裂 段与段之间的间距,缩短多簇射孔压裂段的有效长度,可以有效地降低或控制水平段套管的“S”型变形量。该研究方 法和研究成果为体积压裂技术的套管变形失效控制以及页岩气安全生产提供了理论依据。     

多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置（如垂直段、造斜段、水平段）、不同自身规格（如钢级、外径、壁厚）和不同约束条件（如内压、孔径、螺距）等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。     

环空带压气井液位测试方法改进研究及应用

为了实时有效监测环空带压气井的液面位置,评价环空带压气井的风险,在传统回波定位技术基础上,提出了1种基于自相关分析的气井液位声波测试方法;建立了环空液位声波测试实验系统,开展了不同起爆压力下环空液位测试实验;对检测到声波信号进行平滑降噪和自相关分析,计算液面位置,并与真实液位进行对比分析;将该方法在现场含噪声的环空带压气井液位测试中进行了应用。结果表明:该方法能够对环空液位声波测试信号中的液面反射波进行有效提取;相比较现有在测试信号平滑降噪基础上提取的液面位置,降低了计算误差;同时,该方法能够在井下噪声环境中实现微弱液面反射声波的有效提取,其处理后的信号峰值指标更为突出,提高了测试系统对液位的识别能力,便于自动识别。     

Influence of sewage culvert cover plate thickness on dynamic response and damage of the cover plate under gas explosion

In order to address the risk of combustible gas explosions in sewage culverts, a numerical model was established using ANSYS/LS-DYNA software. The model consisted of a culvert and a cover plate, and was used to study the effect of cover plate thickness (ranging from 0.08 m to 0.12 m) on the dynamic response and damage of the structure under explosive loads. The results indicated that, during the loading negative pressure stage, the equivalent stress peak value of the central monitoring unit of the cover plate first increased and then decreased with increasing cover plate thickness. Additionally, the maximum principal stress peak value first decreased and then increased, while the maximum shear stress peak value first increased and then decreased. During the loading positive pressure stage, the maximum principal strain peak value of the monitoring unit decreased overall with increasing cover plate thickness. However, the equivalent plastic strain peak value initially increased and then decreased gradually. The equivalent strain indicated that plastic damage occurred in the cover plate. Beyond a thickness of 0.11 m, increasing the cover thickness did not appear to enhance its resistance to plastic damage. The damage analysis revealed that as cover plate thickness increased, the peak displacement and velocity of the monitoring unit continued to decrease, while the overall stability and explosive resistance of the cover plate increased. Additionally, the number of damaged fragments decreased. However, once the cover plate thickness reached 0.11 m, the bonding performance of the reinforced concrete structure had been fully developed, increasing the thickness of the cover plate no longer had a significant impact on the explosive resistance of the cover plate.