海洋管道四点弯曲疲劳试验机夹具设计和有限元分析
海洋工程结构疲劳分析新技术
Lecture Notes：Introduction
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2. 疲劳问题数值模拟方法进展 扩展有限元法的应用
Daux等采用了XFEM研究了二维分叉裂纹和多裂纹交叉问题，在采用 裂纹面和裂尖富集函数的基础上，提出了在位移近似函数中增加反应 裂纹分叉位置附近间断特性的联结函数。Sukumar等采用快速推进法 研究了三维平面裂纹扩展问题，并在后 续工作中逐步研究了多个平面裂纹的扩 展问题及三维非平面裂纹扩展问题。未
ABS规范
S-N曲线法 谱分析法 断裂力学法 疲劳设计系数
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Lecture Notes：Introduction
谢 谢
E-mail: dingyong@
Lecture Notes：Introduction
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1. 引言 Introduction
疲劳累积损伤理论
结构在多级恒幅交变应力作 用下总的疲劳损伤度D等于
各应力范围水平下的损伤度
Di之和
ni D Di i i Ni
k k
Lecture Notes：Introduction
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1. 引言 Introduction
展速率有很好的预测。
Lecture Notes：Introduction 10
2. 疲劳问题数值模拟方法进展 2.2 扩展有限元方法 XFEM
XFEM是在标准有限元框架下, 连续区域采用标准有限元方 法, 在包含不连续边界的较狭窄的区域内 ,对有限元的位移 近似函数进行修正，并增加了对不连续边界的描述方法。 借助于对所研究问题的已有认识，在满足单位分解的前提 下，在位移近似函数中增加了更能反映实际间断特性的函 数项，提高了计算精度。同时，采用水平集方法LSM或快 速推进法FMM描述间断界面，使间断的描述独立于有限元 网格，避免了计算过程中的网格重构。
双腐蚀缺陷海底管道的有限元分析研究的开题报告
双腐蚀缺陷海底管道的有限元分析研究的开题报告一、背景和研究意义随着海洋石油和天然气资源的不断开采，海底管道作为石油和天然气输送的主要手段，已成为海洋工程的重要组成部分。
但是，海底管道在使用过程中，由于酸性物质、海水腐蚀、宁静水腐蚀等原因，容易产生各种缺陷，其中双腐蚀缺陷是一种常见的缺陷类型。
在一定程度上，这种缺陷对海底管道内部的安全性和稳定性产生了很大的影响。
因此，对于双腐蚀缺陷的研究十分必要，可以为海底管道内部的安全和稳定性提供一定的保障。
本研究旨在通过有限元分析的方法，对双腐蚀缺陷海底管道的力学性能进行研究，为相关领域的研究提供参考和依据。
二、研究内容本研究的主要研究内容包括以下几个方面：1. 分析双腐蚀缺陷对海底管道的力学性能的影响，重点关注管道的强度和稳定性。
2. 基于有限元分析方法，建立双腐蚀缺陷海底管道的数值模型，通过计算分析管道的应力和变形分布。
3. 研究不同尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷和其他类型缺陷对管道力学性能的影响，并提出相应的防护措施和修复方案。
三、研究方法本研究采用有限元分析方法进行数值模拟，通过研究不同类型、尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷对海底管道的力学性能的影响，从而确定其强度和稳定性。
具体研究步骤如下：1. 建立双腐蚀缺陷海底管道的数值模型，包括管道本身和周围海水的载荷。
2. 设计实验方案，分析不同尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷对管道应力和变形分布的影响。
3. 使用ANSYS等有限元软件进行数值模拟，通过计算分析管道的应力、应变、变形、破坏形态等性能参数。
4. 收集和整理实验数据，绘制相应的图表并进行分析。
5. 根据研究结果，提出相应的防护措施和修复方案。
四、预期成果通过本研究，我们将得出以下预期成果：1. 建立双腐蚀缺陷海底管道的数值模型，对不同尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷对管道力学性能的影响进行分析。
2. 分析管道的应力、应变、变形、破坏形态等性能参数，并根据实验结果提出相应的防护和修复方案。
海底管道维修过程中的疲劳分析研究
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海底管道维修过程中的疲劳分析研究
叶宏平1，董树阳1，王凤莲2，冷枝1，刘洋1
（1.海洋石油工程股份有限公司安装公司， 天津 300452） （2.海洋石油工程股份有限公司设计公司， 天津 300452）
[摘 要] 在海洋油气田中，海底管道是输送油气水介质的关键设施，海底管道一旦遭受破坏，油气田的正常生产将无法进 行。海底管道的维修十分重要。本文依据S-N曲线及MINER线性累计损伤理论，利用OFFPIPE软件建立海底管道铺设模型，对 海底管道维修过程进行疲劳分析，论证了各对应海况下按方案施工的可行性，同时也为维修过程选择合理的施工海况提供 了计算支持。 [关键词] 海底管道；维修；S-N曲线；MINER理论；疲劳分析
4.2 疲劳分析标准 疲劳分析中引入设计疲劳因子作为安全系
数，要求疲劳损伤与设计疲劳因子乘积小于1。根
第8期
叶宏平等 海底管道维修过程中的疲劳分析研究
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据DNV-OS-F101规范，不同阶段要求的设计疲劳 因子可从表3中选取。
表3 许用设计疲劳因子
安全等级
低
中
高
设计疲劳因子
3
5
10
根据规范要求，通常情况下安装阶段、调试 阶段及操作阶段分配比例为10%、10%和80%。但 是由于不同阶段对于疲劳许用量的需求不同，可 以根据情况进行调整。例如，对于在操作阶段在 海床上没有疲劳抵抗需求的管道，分配比例可以 进行相应调整，安装阶段、调试阶段及操作阶段 分配比例为80%、10%和10%。
南海某气田一条单层长输海底管道1995年铺 设完成并投入使用，设计寿命为40年。2013年该 管道压力出现异常，经水下调查发现，在KP500附 近相距400m的南北两侧阀组，由于外物钩挂出现 渗漏、保护罩侧翻及管道悬跨等问题。当时为了
深水海底管道的抗压溃屈曲性能试验研究
深水海底管道的抗压溃屈曲性能试验研究牛爱军;牛辉;苑清英;黄晓辉【摘要】为了明确深水海底管道的抗深水压溃性能,防止管道发生压溃屈曲及屈曲扩展破坏,采用有限元模拟及实物管件外压测试试验的方法,对开发的X70钢级Φ914 mm×36.5 mm规格深海用厚壁直缝埋弧焊接钢管管件在35 MPa均布外压载荷下的抗深水压溃屈曲性能进行了试验研究.深海高压模拟试验舱外压测试试验表明,管件在不承受内压的条件下,最大外压加载至35 MPa,并保压15 min,管件无失稳、凹陷或压溃现象,管件的变形属于弹性变形.研究结果表明,试验管件的强度能够承受35 MPa的静态外压载荷,具备抵抗相当于3500 m水深的海底管道的压溃屈曲能力.%In order to define the crushing resistance of deepwater submarine pipeline, prevent pipeline crushing buckling and buckling propagation destruction. The test research on resistance to crushing buckling performance of the developed X70 steel grade Φ914 mm ×36.5 mm thick wall SAWL pipe fittings (used for deepwater submarine pipeline)were studied, at 35 MPa uniform external pressure loading, by adopting finite element simulation and real pipe fitting external pressure test. The external pressure test of deep-sea high pressure simulation experiment cabin showed that the maximum external pressure load to 35 MPa without internal pressure, and the pressure holding for 15 minutes, without unstability, concave or crushing phenomenon appeared on fittings and the deformation of fitting belongs to elastic deformation. The experiment results indicated that the strength of the test fittings can withstand 35 MPa static external pressure load, possesses the capacity ofresistance to crushing buckling of submarine pipeline equivalent to 3500 meters water depth.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2017(040)005【总页数】6页(P8-13)【关键词】深水海底管道;压溃;屈曲;有限元分析;外压【作者】牛爱军;牛辉;苑清英;黄晓辉【作者单位】国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008【正文语种】中文【中图分类】TG335.5Abstract:In order to define the crushing resistance of deepwater submarine pipeline,prevent pipeline crushing buckling and buckling propagation destruction.The test research on resistance to crushing buckling performance of the developed X70 steel grade Φ914 mm×36.5 mm thic k wall SAWL pipe fittings（used for deepwater submarine pipeline）were studied,at 35 MPa uniform external pressure loading,by adopting finiteelement simulation and real pipe fitting external pressure test.The external pressure test of deep-sea high pressure simulation experiment cabin showed that the maximum external pressure load to 35 MPa without internal pressure,and the pressure holding for 15 minutes,without unstability,concave or crushing phenomenon appeared on fittings and the deformation of fitting belongs to elastic deformation.The experiment results indicated that the strength of the test fittings can withstand 35 MPa static external pressure load,possesses the capacity of resistance to crushing buckling of submarine pipeline equivalent to 3 500 meters water depth.Key words:deepwater submarine pipeline;crushing;bucking;finite element analysis;external pressure近年来，世界石油勘探重点已由陆地转向海洋、浅海转向深海，深水和超深水的油气资源的勘探开发已经成为世界油气开采的重点领域，深水海底管道也已成为深海油气开发工程的重要组成部分[1-2]。
船用管件弯曲成型的有限元建模与实验验证
第3期2021年3月机械设计与制造Machinery Design & Manufacture181船用管件弯曲成型的有限元建模与实验验证钱峰，潘笑誉，何亚伟，叶小奔(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)摘要:基于弯曲成型理论并结合船用管件弯曲成型的实际工况，采用A B A Q U S/C A E模块建立了 20钢管件的数控弯曲 成型有限元模型，对建模过程中的力学模型、几何模型、单元定义、网格划分及其敏感性分析和约束接触设置等步骤进行 了详细的说明。
通过提取弯曲段横截面的最小壁厚值，与变形前的截面壁厚相比，定义了弯管外侧壁厚的减薄率。
同时，通过提取畸变后的管件截面的椭圆长短轴，推导出了截面畸变程度质量指标的计算方法。
与实验结果比较，有限元模型 的计算结果与实验测量数据之间的相对误差较小，从而验证了有限元模型计算的精确度和可靠性，为管件的弯曲成型加 工提供了理论依据，可应用于加工后管件质量的评价。
关键词:数控弯管机;有限元;弯曲成型;约束条件;实验验证中图分类号:T H16;T P242文献标识码:A文章编号：100丨-3997(2021 )03-0181-04FEA Modeling and Experimental Validation of Marine Pipe in the Bending ProcessQIAN Feng, PAN Xiao-yu, HE Ya-wei, YE Xiao-ben(School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology,Liaoning Dalian 116024, China)Abstract on the theory o f bending f orming and the processing environment, a f inite element model o f the marine pipe made of 20# steel was built with the A B A Q U S/C A E package, wherein modeling procedure including the mechanical models geometric m odel，unit definition, grid meshing with sensitivity analysis y constraint and contact setting were described in detail. The relative error between the minimum thickness o f t he deformed pipe and the original thickness was adopted to define the wall thinning rate. Moreover, the performance indices,corresponding to cross-section distortion defined by the longer and shorter axes o f the ellipse formed by the deformed pipe cross-section y were introduced. The comparison between the F E A and experimental results shows that the relative errors between them are relatively small and acceptable to validate the F E A model, which can be applied f or evaluating the quality o f the pipe bending process.Key Words：CNC Pipe Bending Machine；Finite Element；Bending Forming Theory；Constraints；Experimental Validationi引言船舶在构建生产过程中，其管道配件的生产在占有极其重 要的地位。
海流作用下海底管道疲劳寿命分析
海流作用下海底管道疲劳寿命分析
文 ／ 敏 董 文 乙 娄
摘 要 ：本文建立海底 管道振动微 分方程 ，采用 Ｆ ｅ ｔ 件求解涡激振动 升力 系数 ，由时程分析 法获得海底 管 ｌ ｎ软 ｕ 道动 力响应 ，并运用线性 累积损伤理论和 Ｓ Ｎ曲线法 分析海底管道 疲劳寿命 。 — 关键 词 ：海流 管道 疲劳 寿命
ｔ ｍ （）
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２． ６ １ １ ０ ＂０ １
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流 体 密 度 ，ｒ为 管 道 结 构 阻 尼 系 数 ，ｒ为 流 体 阻 尼 系 数 ， ｓ ｆ
制造系数 椭圆度
ａ ☆６
材料抗力系数
安全等级系数 管村泊松比
线膨胀系数
象 ， 引 起 管 道 横 向 振 动 加 强 。ｌｃ —ｎ现 象 会 加 速 管 道 的 ｏｋ ｉ
ｚＯｒ＝ｚＬ ，＝０： （， ） （， ）
Ｌ
‘＝０
（） ２
２ 、有 限 元 离散
采 用 Ｈ ｍ ｉ插 值 函 数 对 方 程 （）进 行 离 散 ，得 到 立 ｅａ ｔ １ 管运动方程 的有限元形式 ：
管 道 截 面 惯 性 矩 ，Ｃ Ｌ为 流 体 对 结 构 的 瞬 时 升 力 系 数 ，该 系 数 由 Ｆｕ ｎ 流 体 力 学 软 件 计 算 获 得 。 ｌｅ ｔ 假 定 管 道 悬 空 段 两 端 简 支 ，其 边 界 条 件 为 ：
．
不 稳 定 海 床 的 长 期 冲蚀 以 及 内外 流 引 起 的管 道 振 动 等 复 杂
数学模 型
１、管 道 振 动 方 程
海底管道隆起屈曲分析及工程应用
屈曲作 为海底管道 的主要失效形式之一 ， 对海底管道的安
忙 一 竖荨 ， ４ ． ４ ９ ＜ ￣ ｂ Ｌ ＜ ８ ． ０ ６
ｄ ） Ｌ
ｗ ＝ 一
（ ５ ）
（ ６ ）
全运营产生着重要 影响 。 对 于埋设 的海底管 道而言 ， 当高温高 压产生的轴向力 不能通过管道 的伸长而释放时 ， 轴 向力将以管 道整体失稳的形 式释放 。 在管沟约束 和底部海床不平整（ 隆起 ）
的作用下（ 相 当于管道具有向上的初 始挠 度） ， 海底管道将发生
‘ 刘 极 莉
（ 海洋石油工程股份有限公 司 ， 广东 深圳 ５ １ ８ ０ ６ ７ ）
摘 要： 文章介绍 了高温埋设 海底管道隆起屈 曲的分析理论 ， 并 以渤 海湾实际工程为例 ， 利 用经典理论和有 限元 法分别对单、 双层埋
设海底管道的隆起 屈曲进行 了 判 断和分析 ， 并将结果加 以比较 ， 为高温埋设海底管道的抗屈 曲设计 和施 工提供 了参考。
Ｕ
最 大允 许海 床不平 整高 度 。 工 程设 计前 期 ， 可 以根 据海底 管
道的实 际工 况 、 路 由地 质条件及 埋深 进行判 断是否会 发生 隆
起屈曲。
对于双层海底管道 ， 屈 曲首先 从 内管开始 。 内管 的屈 曲变， 一 般较难发生整体 的屈 曲。 但 在某 些特殊情况下 ， 内管也会 突破外 管的束缚 ， 而发生整体 隆 起屈曲。 如超 高温运行的海底管道 、 管道埋 土被波流冲刷变 薄
基于ANSYS软件对受压水管疲劳的有限元分析报告
基于ANSYS软件对受压水管疲劳的有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对水管的疲劳进行分析,计算出水管的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为水管的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析日常生活中经常遇到水管破裂的问题，有的因为受冻破裂，有的因为水压过大，也有的受到水压不停冲击产生的疲劳破坏。
如下图示为参考模型，自行定义尺寸，建立水管模型，施加水压0.1MPa,分析在该水压下，水管能承受多少次冲击。
假设水管两端固定图1 水管三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，常用的水管为PE管，其弹性模量为2GPa，泊松比为0.39图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
如图所示为二通接头，水管采用面体建模，首先建立其中一根水管，直径为30mm，长度为0.5m，如下所示三通的外径要略大于水管，直径为32.5mm，在水管端部建立圆草绘面，拉伸成二通接头的模型，如下所示同理建立，建立另一侧水管，最终模型如下所进入Workbench进行材料设置，并进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，两端面固定，水管右端施加0.1MPa载荷，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.001mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为15.467MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该水管最多可以使用1.4e5次，此后便会发生裂纹破坏。
X65钢级海洋管道全尺寸疲劳性能试验研究
X65钢级海洋管道全尺寸疲劳性能试验研究胡艳华;唐德渝;方总涛;牛虎理【摘要】文章针对X65钢级海洋管道,综合考虑焊接残余应力、应力集中、焊接初始缺陷、管道停输及内部介质压力波动等多因素影响,在国内首次开展了管道四点弯曲+内压联合的全尺寸疲劳试验研究.通过管道全尺寸疲劳性能试验,得到不同规格管道在不同应力幅下的疲劳循环次数,而后依据国际通用的标准规范BS 7608与DNV C203对全尺寸疲劳试验结果进行了量化的评定分析.该研究不仅有利于积累海洋管道全尺寸疲劳性能试验数据,且可为评价海洋管道后续的全尺寸疲劳试验寿命及服役期间的安全运行周期提供定量依据.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2014(040)006【总页数】4页(P29-32)【关键词】海洋管道;焊接接头;全尺寸疲劳试验;疲劳性能【作者】胡艳华;唐德渝;方总涛;牛虎理【作者单位】中国石油集团工程技术研究院,天津300451; 中国石油天然气集团公司海洋工程重点试验室,天津300451;中国石油集团工程技术研究院,天津300451; 中国石油天然气集团公司海洋工程重点试验室,天津300451;中国石油集团工程技术研究院,天津300451; 中国石油天然气集团公司海洋工程重点试验室,天津300451;中国石油集团工程技术研究院,天津300451; 中国石油天然气集团公司海洋工程重点试验室,天津300451【正文语种】中文以往，国内管道疲劳试验方法一般采用小尺寸疲劳试验分析方法。
该方法在试验过程中忽略了尺寸效应，且试样加工过程中存在释放焊接残余应力与应力集中的影响，导致试验结果偏高，实际应用中需对其结果进行适当调整与修正。
随着电液伺服疲劳试验机的飞速发展，近年来国外将研究重点由小尺寸疲劳试验转为全尺寸疲劳试验，取得了一定的研究成果，并在海洋重点管道工程中得到应用[1]。
可以说，依据海洋管道全尺寸疲劳试验所得到的试验数据，用于其寿命预测与安全性评价，已逐渐成为行业的共识。
四点弯曲疲劳试验机
一、产品介绍：
FLPL-E四点弯曲疲劳试验机用于具有夹层结构的硬质泡沫材料进行四点弯曲疲劳测试，并可根据GB、ISO、DIN、ASTM、JIS、FUL、EN、YY等国际标准或行业标准进行试验和提供测试数据。
二、主要技术参数：
2.1、型号：FLPL103E、FLPL203E、FLPL503E、FLPL104E；
2.2、额定试验力可选：0-1KN、2KN、5KN、10KN；
2.3、试验力示值精度：1%-100%FS范围内；
2.4、试验力动态示值波动度：±0.5%FS；
2.5、作动器最大位移：±50mm;示值精度±0.5%FS；
2.6、疲劳试验波形：正弦波、方波、三角波、斜波以及正弦块波等；
2.7、控制方式：位移或试验力闭环控制；
2.8、试验频率范围：0.1-15Hz；
2.9、试验空间：高度可调整空间400mm；
2.10、T型工作台,可扩展多种试验测试工装；
2.11、伺服作动器上置，作动器为电子伺服系统,外观精美,操作方便,性能优异；
2.12、试验数据实时显示、回放、放大、分析、存储、输出功能等；
2.13、配置馥勒专业的泡沫四点弯曲试验夹具疲劳用；
2.14、馥勒四点弯曲疲劳试验机应用于泡沫材料、泡沫夹层材料疲劳力学性能测试，对泡沫材料的强度研究具有重要意义。
国内外海底管道全尺寸疲劳试验机研究现状
国外海底管道全尺寸疲劳试验机研究现状（1）巴西全尺寸疲劳试验机：该装置是由主钢结构、横向载荷装置、拉伸驱动器、液压泵、载荷支撑装置、旋转驱动机构及数据采集和相应的闭环控制系统构成。
在对试件进行试验过程中，试件管道可看做一简支梁，在离中间焊缝距离相等的位置施加横向载荷，试件管道中间焊缝位置会出现一定的等值弯矩。
当施加的横向载荷为交变循环载荷时，中间环焊缝在焊接残余应力和应力集中的影响下，会发生疲劳，直至失效。
（2）日本日立公司全尺寸疲劳试验机：载荷加载范围为-155～155 kN，通过位移控制进行载荷加载控制。
试验表明，在试验加载至252次时，试验机管道发生疲劳失效，管道破裂，管内液体流出。
通过对试验的后续分析研究表明，管道的最小壁厚范围内最先出现疲劳裂纹在循环载荷持续加载过程中，疲劳断裂裂纹逐渐向壁厚的方向延伸，最终产生疲劳失效，管道断裂。
（3）挪威全尺寸疲劳试验机：该套设备通过动态激励器对管道进行加载，其最大加载力可达到2000kN，其主要结构包括用于动态和静态加载的液压伺服控制激励器、动力系统、与之相匹配的控制系统和操作系统。
目前，该套设备已完成多种管道的全尺寸疲劳试验，并积累了许多关于管道焊缝疲劳数据，为管道焊接结构的优化提供了参考依据。
（4）美国全尺寸疲劳试验机：美国 Subsea7 铺管公司在海底管道全尺寸疲劳试验中做了很多研究。
该试验通过卷轴全尺寸模拟器上来获取管道的疲劳寿命，最终为复合管 SCR 服务制定一套合适的焊接工艺国内海底管道全尺寸疲劳试验机研究现状近年来，由于海底管道的疲劳安全评定需求越来越大，国内一些研究机构也开始对全尺寸管道疲劳试验进行了一些探索，其主要有中石油工程技术研究院为进行全尺寸疲劳试验研制了相应的设备，并开展了一系列试验，获得了诸多全尺寸管道疲劳数据，取得了部分研究成果。
基于对国内外全尺寸疲劳设备的研究，中石油工程技术研究院首次自行设计了多功能管道全尺寸疲劳试验机。
海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机研制
海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机研制李泽邦１,２,刘太元１,２,谷春华３,常㊀海４①㊀(１ 青岛海洋工程水下设备检测有限公司,青岛２６６１０１;２ 海洋水下设备试验与检测技术国家工程实验室,青岛２６６１０１;３ 中机试验装备股份有限公司,长春１３００１２;４ 青岛炎煌信息科技有限公司,青岛２６６１００)摘要㊀随着我国海洋石油天然气资源的大力开发,海洋管道在服役载荷情况下的全尺寸疲劳试验技术快速发展,对全尺寸海洋管道疲劳试验的需求也显得日益迫切.本文介绍了海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机的系统构成㊁主要功能及参数㊁主要结构和零部件的设计与说明,并且有限元分析计算主机框架强度,以保证其满足设计需求,通过该设备开展海洋管道全尺寸轴向疲劳试验的研究,为海洋管道的设计㊁制造㊁维修等提供重要的决策依据;另外海洋管道全尺寸轴向疲劳试验的数据对其安全性校核和疲劳寿命评估有着重要的参考价值,此试验机也成为我国全尺寸疲劳试验类型之一.关键词㊀管道;全尺寸;轴向疲劳;研制;有限元分析中图分类号:T E ９５３㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:２０９５Ｇ７２９７(２０１９)z １Ｇ００７５Ｇ０５d o i :１０．１２０８７/o e e t ．２０９５Ｇ７２９７．２０１９．z １．１５D e v e l o p m e n t o f F u l l Ｇs c a l eA x i a l F a t i g u e T e s t i n g M a c h i n e f o rM a r i n e P i pe l i n e L i Z e b a n g １,２,L i uT a i y u a n １,２,G uC h u n h u a ３,C h a n g Ha i ４(１ Q i n g d a oM a r i n eE n g i n e e r i n g S u b s e aE q u i p m e n tT e s t i n g C o ．,L t d ．,Q i n gd a o ２６６１０１,C h i n a ;２ N a t i o n a lE n g i ne e r i n g L a b o r a t o r yf o rS u b s e aE q u i p m e n tT e s t i ng a n dD e t e c t i o nT e ch n o l o g y ,Qi n gd a o ２６６１０１,C h i n a ;３ S i n o te s t E q u i p m e n tC o ．,L t d ．,C h a n gc h u n １３００１２,C h i n a ;４ Q i n gd a oC h i n aI n f o r m a t i o nTe c h n o l o g i e sC o ．,L t d ．,Q i n gd a o ２６６１００,C h i n a )A b s t r a c t ㊀W i t h t h ev i g o r o u sde v e l o p m e n t of o f f s h o r eo i l a n dn a t u r a lg a sr e s o u r c e s i nChi n a ,t h e f u l l Ｇs c a l e f a t i g u e t e s t t e c h n o l o g y f o rm a r i n e p i p e l i n e s u n d e r s e r v i c e l o a d s d e v e l o p s r a p i d l y ,a n dw i t h t h e r a p i dd e v e l o p m e n t o f C h i n a s m a r i n eo i la n d g a sd e v e l o p m e n ti n d u s t r y ,t h ed e m a n df o rf u l l Ｇs c a l ef a t i g u et e s tf o r m a r i n e p i pe l i n e sb e c o m e s i n c r e a s i n g l y u r g e n t ．T h i s p a p e r i n t r o d u c e st h es y s t e m s t r u c t u r e ,m a i nf u n c t i o n sa n d p a r a m e t e r s ,t h ed e s ig na n d d e s c r i p t i o no f th em ai n s t r u c t u r e a n d p a r t so f t h e f u l l Ｇs c a l ea x i a l f a t i g u e t e s t i n g m a c h i n e f o rm a r i n e p i pe l i n e s ,a n d c a l c u l a t e st h es t r e n g t h o ft h e m a i nf r a m e b y f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i st o e n s u r et h a ti tc a n m e e tt h e d e s ig n r e q u i r e m e n t s ．Thi s e q u i p m e n t c a n b e u s e d t o c a r r y o u t t h e r e s e a r c h o n f u l l Ｇs c a l e a x i a l f a t i g u e t e s t o fm a r i n e p i pe l i n e s ,a n d p r o v i d e i m p o r t a n t d e c i s i o n Ｇm a k i n g b a s i sf o r t h e d e s ig n ,m a n u f a c t u r e a n dm a i n t e n a n c e o fm a r i n e p i pe l i n e s ．T h e d a t a of f u l l Ｇs c a l e a x i a l f a t ig u et e s to fm a r i n e p i p e l i n eh a si m p o r t a n t r e f e r e n c ev a l u e f o r i t ss a f e t y c h e c ka n df a t i g u e l i f ee v a l u a t i o n ．M e a n w h i l e ,t h e t e s t i n g m a c h i n e a l s o a d d s a no p t i o n f o r t h e f u l l Ｇs c a l e f a t i g u e t e s t t y pe i nC h i n a ．K e y w o r d s ㊀p i p e ;f u l l Ｇs c a l e ;a x i a l f a t ig u e ;r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ;f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s ０㊀引㊀言随着我国海洋石油天然气资源的大力开发,海洋管道在油气开采运营过程中发挥着重要的作用.由于海洋管道在油气输送过程中,能够实现持续运输,具有密闭性好㊁安全性高㊁成本低等特点,使其①㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ８Ｇ３１;修回日期:２０１９Ｇ１１Ｇ１㊀㊀作者简介:李泽邦(１９８８ ㊀),男,硕士,工程师,主要从事海洋工程装备检验检测研究.第６卷增刊㊀２０１９年１１月海洋工程装备与技术O C E A NE N G I N E E R I N GE Q U I P M E N T A N DT E C HN O L O G YV o l ．６,S u p p l ．N o v ．,２０１９７６㊀ 海洋工程装备与技术第６卷在海洋油气开发中得到广泛的应用[１Ｇ３].疲劳损伤是海洋管道失效的主要原因之一,管道受到的交变应力会导致海洋管道表面和内部的缺陷产生扩展,最终导致管道的疲劳断裂.由于管道的疲劳过程发展比较缓慢,而疲劳断裂通常是瞬间发生的,再加上海洋情况复杂,对其不易监测,一旦发生管道破损,将会对人力㊁物力㊁财力及环境造成不可估量的损失[４Ｇ７].海洋管道的全尺寸疲劳试验测试时间较长,费用较为高昂,而且对管道全尺寸疲劳试验设备的性能要求也较高.导致国内的科研院所在这方面研究较少,并且全尺寸疲劳相关的设备也少,从而能够使分析用的相关试验数据及其有限.目前,一些发达国家已在重要海工工程中,采用全尺寸疲劳试验数据对海洋管道进行安全性校核和疲劳寿命评估,促进了全尺寸疲劳试验技术的应用与发展[８Ｇ１０].为此,在充分考虑海洋管道服役的情况及国内外发展的基础上,设计了管道全尺寸轴向疲劳试验机,为今后海洋管道测试提供了一种全尺寸疲劳试验类型,丰富了全尺寸疲劳试验数据,为其设计与施工提供了重要的依据.１㊀试验机的组成由于管道的受力情况中轴向方向是其重要情况之一,此试验机可以实现全尺寸管道的轴向力疲劳试验.试验机的两种控制方式分别为位移控制和负荷控制,同时试验过程中的数据由控制系统进行实时存储与读写.而且该试验机对载荷㊁位移㊁压力和温度等具有参数设定和超限保护功能,具有远程手动操作功能.１ １㊀试验机主体构成疲劳试验机主机主要由主机框架㊁伺服作动器㊁移动横梁组件㊁力传感器㊁专用夹具及液压管路等组成,如图１所示.１ １ １㊀主机框架主机框架主要由伺服作动器安装梁㊁伺服作动器安装梁支座㊁承载柱㊁承载柱支座㊁尾部横梁㊁尾部横梁支座等组成,如图２所示.承载柱分３节,通过高强度螺栓连接,底部由承载柱支座支撑,承载柱组件两侧分别通过销轴与伺服作动器安装梁和尾部横梁连接,并形成一个封闭式框架,安装伺服作动器安装梁和尾部横梁分别由伺服作动器安装梁支座和尾部横梁支座支撑.图１㊀疲劳试验机主机简图１ 移动横梁组件;２ 主机框架;３ 试样;４ 力传感器;５ 液压管路;６ 伺服作动器;７夹具图２㊀主机框架简图１ 尾部横梁;２ 承载柱１;３ 承载柱２;４ 承载柱３;５ 伺服作动器安装梁;６ 伺服作动器安装梁支座;７ 承载柱支座;８ 尾部横梁支座１ １ ２㊀移动横梁组件移动横梁组件主要由移动横梁㊁销轴㊁穿销装置㊁移动横梁支撑轮及导向轮组件㊁液压控制模块及液压管路等组成,如图３所示.移动横梁通过支撑轮组件落在承载柱上,支撑轮由液压马达驱动,液压马达由液压控制模块的电磁换向阀控制旋转方向,导向轮起到导向作用,保证移动横梁沿着设㊀㊀图３㊀移动横梁组件简图１ 穿销装置;２ 移动横梁支撑轮;３ 销轴;４ 导向轮组件;５ 移动横梁;６ 液压控制模块;７ 液压管路增刊李泽邦,等:海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机研制 ７７㊀ ㊀备轴向移动,避免发生偏转.移动横梁跟承载柱是通过销轴固定,因为销轴随着移动横梁位置变化,经常需要拔出和插入,所以配备了一套穿销装置,穿销装置主要借用梯形丝杠机构带动销轴插入和拔出,丝杠由液压马达驱动,同理液压马达由电磁换向阀控制旋转方向,进而达到销轴插入和拔出.１ １ ３㊀承载柱承载柱使用优质的碳素结构钢,可悍性好,截面形式刚度大,保证在受压的情况下的压杆稳定;承载柱两侧根据要求加工多组光孔,保证加工精度,使移动横梁能够比较顺滑的移到位置,方便销子插入,拔出,连接固定可靠.同时队承载柱进行喷漆处理以保障表面不生锈或氧化腐蚀.１ １ ４㊀夹具夹具的夹头采用的是优质的铸钢浇筑而成,保证刚度强度.夹具钳口采用穿销结构,此结构在试验的过程中方便安装,而且定位准确.销子采用优质合金结构钢,保证在拉伸过程中的挤压强度;试样两端焊接圆环孔,与夹具孔一致,方便安装.夹具上安装自动穿销装置,便于夹具的固定,简化安装工作流程.１ ２㊀液压油源海洋管道全尺寸疲劳试验机的动力系统是由集中油源㊁硬管路组成.伺服油源是试验动力的提供者.主要由泵机组,油箱㊁油源冷却装置㊁分油块及液压附件和管路等组成.为保证试验的正常运行,还配置了冷却系统,此系统采用循环水冷.额定压力为２８M P a,额定流量３８００L/m i n,采用１０组标准３８０L/m i n串联的方式;可以根据需要开启一个或多个泵组,节省功率.从油源到作动器之间采用硬管路和软管路组合输送,阻力小,耐用可靠,硬管路额定流量３８００L/m i n.而且试验机旁边还配置了储能器,试验机的液压系统对于流量的要求并不恒定.仅在进行疲劳循环时间内需供给较大的流量.因此采用液压油源供油时,若按可能出现的最大流量选择油泵,势必造成功率浪费.那么可以就利用蓄能器对试验机所需流量进行调整.当油缸所需流量大于平均流量时,即由储能器供油.低于平均流量时,由油泵供油,同时将富余流量充入储能器.而且储能器能够缓和冲击,吸收管路内的波动.当断电时储能器能够保证油缸动作的持续完成或者返回,防止事故的发生.１ ３㊀控制单元控制单元主要由伺服控制器系统,计算机操作系统等组成.伺服控制系统采用了数字伺服控制器,该控制器运用了数字信号处理(D S P)技术,控制信号㊁命令信号将全部由高速信号处理技术运算产生,从而使系统的重复性和可靠性得到了提高.该伺服控制系统采用内置式结构,D S P㊁伺服驱动㊁测量部分以及接口部分全都集成在一块总线卡上,从而使该系统具有结构紧凑㊁集成度高等优点,计算机使用工控机,以保证其性能稳定.计算机操作系统的应用软件运行在W I N D OW S平台上,所有操作均在中文虚拟控制面板上进行,包括试验参数㊁试验条件设置,操作便捷直观;试验数据可在软件中读取㊁绘制曲线,并且可根据需求入WO R D㊁E X C E L等软件下,进行统计㊁编辑等.在试验过程中,负荷㊁位移可以显示瞬时值㊁峰谷值㊁幅值等多种模态;同时试验频率㊁疲劳次数等可以直接显示;还具备打印试验结果㊁试验曲线等功能.２㊀主机框架的强度分析主机框架的关键部件是承载柱,对承载柱销孔剪切强度和整个模型固有频率及动强度进行有限元分析.在试验过程中,试验机主机所承受力的部位主要有承载柱㊁支腿,它们作为管道全尺寸轴向疲劳试验机的关键部件,要求具有较高的刚性,以保证设备长期正常运行.为保证关键部件在工作时不发生明显的塑形变形或者断裂破坏,确保关键部件在设备运行时弹性变形在规定的限度以内,通过有限元分析软件对其进行模拟分析.承载柱一端固定,受力端面进行加载２００００k N.经过加载㊁求解和后处理步骤得到模拟计算分析结果,如图４所示.大部分区域应力小于３４５M P a满足强度要求,等效最大应力出现在横梁与支腿接触位置局部应力为４５０M P a.最大位移为５ ９mm,最大变形量不大于２mm.通过上述分析,试验机承载柱各部分满足静态和疲劳的使用要求.试验机主机在试验过程中受到频率范围０ ０１~５H z交变负荷的作用,如果与主机本身的固有频率相重合,那么试验机就会发生共振现象,导致试验机工作失常或者零部件试样受到损坏.因７８㊀ 海洋工程装备与技术第６卷㊀㊀(a)㊀㊀(b)图４㊀承载柱受力分析(a )应变云图㊀(b)应力云图此需要对试验机主机通过有限元软件进行模态分析求解其固有频率,以防止共振现象的发生,所以主机的固有频率必须大于５H z.分析计算模型如图５所示,对整个模型进行固有频率分析,一阶为横向振动:固有频率７ ６H z,动载荷施加过程不会出现共振,保证了试验机主机的使用性能不会因为疲劳试验加载而受到影响.图５㊀一阶共振模型整个模型动强度分析,对整个模型加载动态载荷为ʃ１００００k N ,频率５H z .计算结果如图６所示,发现在支腿处的应力值最大,主机其他部分应力值都比较小,满足设计要求.整个模型的最大位移为１１ ３mm ,伺服作动器安装梁最大变形量为５ ６mm .由于设备整体比较长,承载力比较高,伺服作动器为动力输出位置,所以上述的最大变形量在设计要求范围内.３㊀试验应用由于全尺寸疲劳试验可以更加真实的反映管道中裂纹扩展的情况,所以根据某公司的要求,国家海洋设备质量检验中心在为某型号４０i n 的管道进行测试,该管道材质为X ６０,壁厚为１i n ,疲劳测试时拉伸力达到８０００k N ,采用正玄波,测试力值达到整台试验机疲劳设计的８０％,设备运行正常,如图７所示,说明主要部件的分析能够满足试验机的需求.该设备在对管道进行全尺寸疲劳测试时,可根据试验需求,为加载内压或者应力应变采集.一般情况下,管道服役运行期间,管道的焊缝最容易出现问题.所以全尺寸疲劳试验通常是模拟含缺陷管道的疲劳断裂测试,例如可以在试验管道的焊缝预计所需研究的裂纹缺陷,以保证测试效果.同时,在测试前可根据测试需求进行数值分析模拟,与试验过程中的数据进行对比,可以为以后的疲劳测试提供数据支持,也为管道疲劳寿命评价和服役期间的运行提供参考依据.４㊀结㊀语由于海洋管道在油气开采运营过程中发挥着重要的作用,海洋管道在服役载荷情况下的全尺寸疲劳试验技术快速发展,对全尺寸海洋管道疲劳试验的需求显得日益迫切.海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机的研制成功,可以以此设备为基础,开展海洋管道全尺寸轴向疲劳试验的研究,与四点弯曲疲劳试验产生互补效应,为海洋管道的设计㊁制造㊁维修等提供重要的决策依据,对海洋管道安全性校核和疲劳寿命评估有着重要的参考价值,同时此试验机也为我国的全尺寸疲劳试验增加了选择类型.增刊李泽邦,等:海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机研制７９㊀㊀图６㊀动态载荷分析图７㊀试验机的应用参考文献[１]孙宝瑞,马伟,杨秀光．海洋管道四点弯曲疲劳试验机夹具设计和有限元分析[J ]．工程与试验,２０１７,５７(２):６７Ｇ７２．S u n B a o r u i ,M a W e i ,Y a n g X i u g u a n g ．F i x t u r ed e s i gna n d f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so ff o u r Ｇp o i n tb e n d i n g f a t i g u et e s t i n gm a c h i n ef o ro f f s h o r e p i p e l i n e [J ]．E n g i n e e r i n g an d T e s t ,２０１７,５７(２):６７Ｇ７２．[２]王金龙,何仁洋,张海彬,等．海底管道检测最新技术及发展方向[J ]．石油机械,２０１６,４４(１０):１１２Ｇ１１８．W a n g J i n l o n g,H e R e n y a n g ,Z h a n g H a i b i n ,e t a l ．L a t e s t t e c h n o l o g y a n d d e v e l o p m e n td i r e c t i o n o fs u b m a r i n e p i pe l i n e d e t e c t i o n [J ]．P e t r o l e u m M a c h i n e r y ,２０１６,４４(１０):１１２Ｇ１１８．[３]胡艳华,唐德渝,方总涛,等．海洋管道全尺寸疲劳试验技术的研究现状与发展趋势[J ]．石油工程建设,２０１３,３９(４):１Ｇ６．H u Y a n h u a ,T a n g D e y u ,F a n g T o n gt a o ,e ta l ．R e s e a r c h s t a t u s a n d d e v e l o p m e n t t r e n d o f f u l l Ｇs i z e f a t i gu e t e s t t e c h n o l o g y f o r o f f s h o r e p i p e l i n e s [J ]．P e t r o l e u m E n g i n e e r i n gC o n s t r u c t i o n ,２０１３,３９(４):１Ｇ６．[４]M I S C OW GF ,M I R A N D A PE V D ,N E T T O oT A ,e t a l ．T e c h n i q u e s t oc h a r a c t e r i z ef a t i gu eb e h a v i o u ro f f u l l s i z ed r i l l p i p e s a n ds m a l ls c a l es a m pl e s [J ]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f F a t i g u e ,２００４,２６(６):５７５Ｇ５８４．[５]胡艳华,唐德渝,方总涛,等．X ６５刚级海洋管道全尺寸疲劳性能试验研究[J ]．石油工程建设,２０１４,４０(６):２９Ｇ３２．H u Y a n h u a ,T a n g D e y u ,F a n g Z o n gt a o ,e ta l ．F u l ls i z e f a t i g u e p e r f o r m a n c et e s to f X ６５s t e e l M a r i n e p i pe l i n e [J ]．P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n ,２０１４,４０(６):２９Ｇ３２．[６]梁珂,胡艳华,唐德渝,等．基于全尺寸疲劳试验系统的海洋管道模态分析[J ]．石油机械,２０１８,４６(２):５３Ｇ５７．L i a n g K e ,H uY a n h u a ,T a n g D e y u ,e t a l ．M o d a l a n a l ys i so f o f f s h o r e p i p e l i n eb a s e do nf u l l Ｇs i z ef a t i g u et e s ts y s t e m [J ]．P e t r o l e u m M a c h i n e r y,２０１８,４６(２):５３Ｇ５７．[７]李云龙,庄传晶,冯耀荣,等．油气输送管道疲劳寿命分析及预测[J ]．油气储运,２００４,２３(１２):４１Ｇ４３．L i Y u n l o n g ,Z h u a n g C h u a n j i n g ,F e n g Y a o r o n g ,e t a l ．F a t i gu e l i f e a n a l y s i s a n d p r e d i c t i o no f o i l a n d g a s p i p e l i n e [J ]．O i l a n d G a s S t o r a g e a n dT r a n s po r t a t i o n ,２００４,２３(１２):４１Ｇ４３．[８]王琳,刘昶,李玉星,等．海洋立管涡激振动与疲劳寿命影响因素分析[J ]．石油机械,２０１６,４４(２):４２Ｇ４７．W a n g L i n ,L i uC h a n g ,L iY u x i n g,e ta l ．A n a l y s i so f f a c t o r s i n f l u e n c i n g v o r t e x Ｇi n d u c e dv i b r a t i o na n d f a t i gu e l i f eo fM a r i n e r i s e r [J ]．P e t r o l e u m M a c h i n e r y,２０１６,４４(２):４２Ｇ４７．[９]MA D D O X S J ,S P E C K J B ,R A Z M J O O G R．A nI n v e s t i g a t i o no f t h eF a t i gu eP e r f o r m a n c e o fR i s e rG i r t h W e l d s [J ]．J o u r n a lo f O f f s h o r e M e c h a n i c s &A r c t i c E n g i n e e r i n g,２００６,１３０(１):５５１Ｇ５６３．[１０]H A S E G AWA K ,S A K A T AK ,M I Y A Z A K IK ,e t a l ．F a t i gu e s t r e n g t hf o r p i p e s w i t h a l l o w a b l ef l a w sa n d d e s i g nf a t i gu e c u r v e [J ]．I n t e m a t i o n a lJ o u n i a l o f P r e s s u r e V e s s e l s a n d P i p i n g,２００２,７９(１):３７Ｇ４４．。
全尺寸管道轴向疲劳试验机夹具的设计与分析
doi:10.3969/j.issn.1001-2206.2019.04.011
全尺寸管道轴向疲劳试验机夹具的设计与分析
李泽邦 1，2，李 森 1，2，刘太元 1，2，谷春华 3 1. 青岛海洋工程水下设备检测有限公司，山东青岛 266000 2. 国家海洋设备质量检验中心 （山东），山东青岛 266000 3. 中机试验装备股份有限公司，吉林长春 130012
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全尺寸管道轴向疲劳试验机主要用于各类型 海底管道的轴向疲劳试验，试验机的夹具是全尺 寸管道轴向疲劳试验机的关键部件，而目前轴向 疲劳试验机的夹具大多仅适应于小尺寸试样测试， 无法满足全尺寸试样的测试要求。因此需要对其 进行设计，并验证关键部件受力情况变化，以保 证整体、局部结构的强度、刚度、寿命满足试验 要求[1-6]。
Abstract ： The full-scale pipeline axial fatigue testing machine is mainly used for the axial fatigue test of various types of submarine pipelines, and the fixture of the testing machine is the key component of the full-scale pipeline axial fatigue testing machine. This paper introduces the characteristics of the fixture of the testing machine, analyzes the mechanical properties of the bolt and chuck in the fixture under the force of 20 000 kN by using the finite element software ANSYS, and checks the static strength and fatigue life. The results show that the maximum stress of the fixture is lower than the tensile strength of the material, and the fatigue life meets the design requirements. The reliability of the fixture is verified, which provides a basis for the design of the axial fatigue test fixture for full-scale pipelines. Keywords：full-scale; axial fatigue; fixture; finite element analysis
海洋管道四点弯曲疲劳试验机夹具设计和有限元分析
海洋管道四点弯曲疲劳试验机夹具设计和有限元分析孙宝瑞;马伟;杨秀光【摘要】介绍了海洋管道四点弯曲试验夹具的特点,分析了管道夹持点在四点弯曲试验中变化情况,对固定间距4000mm、加载间距2000mm和固定间距12000mm、加载间距8000mm两种加载形式的固定点和加载点变化情况进行了分析.介绍了一种管道夹具,并对该管道夹具进行了有限元分析,验证了夹具的可靠性,为海洋管道疲劳试验机夹具设计提供了依据.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2017(057)002【总页数】6页(P67-72)【关键词】海洋管道;四点弯曲;夹具;有限元分析【作者】孙宝瑞;马伟;杨秀光【作者单位】长春机械科学研究院有限公司,吉林长春 130103;长春机械科学研究院有限公司,吉林长春 130103;长春机械科学研究院有限公司,吉林长春 130103【正文语种】中文【中图分类】TG702海洋管道是油气输送的关键部件，其铺设长度逐年递增。
由于海洋管道特殊的服役环境，安全性是海洋管道在设计、铺设、运输过程中特别关注的问题。
海洋管道的失效形式主要是管道中存在的各种交变应力引起的疲劳损伤导致管道疲劳断裂，迫使供油供气中断，产生严重后果。
目前，国外采用全尺寸疲劳试验数据对海洋管道进行疲劳寿命评估，依靠全尺寸疲劳试验得到的S-N曲线对管道进行疲劳设计计算，设计了相应的管道疲劳试验机[1-3]。
国内出于对管道疲劳安全评定的自身要求，发展了管道疲劳试验技术，取得了一些研究成果[4-6]。
海洋管道四点弯曲疲劳试验机主要用于海洋各类型管道的四点弯曲疲劳试验和管道内部施加一定压力的压力疲劳试验，弯曲疲劳和压力疲劳可异步或同步协调加载，为管道的评定提供试验条件。
管道夹具是海洋管道疲劳试验机关键部件，由于海洋管道直径大，对管道夹持力也比较大，因此在设计管道夹具时，既要对管道夹持方便可靠，不出现松动现象，又要能够补偿管道承受载荷而产生的轴向变形和弯曲变形，夹持部分能够跟随管道的弯曲变化。
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一
些 研究 成果 。
海 洋管 道 四点 弯 曲 疲 劳 试 验 机 主 要 用 于海 洋 各类 型 管 道 的 四点 弯 曲疲 劳 试 验 和 管 道 内部 施 加
一
定压力的压力疲劳试验 ， 弯曲疲 劳和பைடு நூலகம்力疲劳可
异 步或 同 步 协 调 加 载 ， 为 管 道 的 评 定 提 供 试 验 条
Ｖ ｏ １ ． ５ ７ Ｎ ｏ ． ２
工程 与试验
Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｔ Ｅ Ｓ Ｔ
海 洋 管 道 四点 弯 曲疲 劳 试 验 机 夹 具 设 计 和 有 限 元 分 析
孙 宝瑞 ， 马 伟， 杨秀光
（ 长春机 械科 学研 究院有 限公 司， 吉林 长春 １ ３ ０ １ ０ ３ ）
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定 的 自身要 求 ， 发展 了管道疲劳试 验技术 ， 取 得 了
１ 引 言
海 洋管 道 是油 气 输 送 的关 键 部件 ， 其铺 设 长度 逐 年递 增 。 由于海 洋 管 道 特 殊 的 服役 环境 ， 安 全性 是 海洋 管道 在 设 计 、 铺设、 运 输 过 程 中 特 别 关 注 的
Ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｉｎ Ｆ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ
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摘 要： 介绍 了海洋管道 四点弯曲试验夹 具的特 点 ， 分析 了管道 夹持 点在 四点弯 曲试 验 中变化情 况 ， 对 固定 间距
４ ０ ０ ０ ｍ ｍ、 加载 间距 ２ ０ ０ ０ ｍｍ和固定 间距 １ ２ ０ ０ ０ ｍ ｍ、 加 载间距 ８ ０ ０ ０ ａｍ两种加 载形 式 的固定点 和加 载点变 化情况进 ｒ
行 了分析 。介 绍了一种管道夹具 ， 并对该管道夹具进行 了有 限元分 析 ， 验证 了夹具 的可靠 性 ， 为海洋管 道疲 劳试验 机夹具设计提 供了依据。
关键词 ： 海洋管道 ； 四点弯 曲； 夹具 ； 有 限元分 析
中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ７ ０ ２ 文献标识码 ： Ｂ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４—３ ４ ０ ７ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． ０ １ ９
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