Дослідження впливу асиметричного навантаження на кінетику втомних тріщин

Abstract

Під час експлуатації на бурильні труби діють різні види навантажень, найнебезпечнішими з яких є асиметричні. Визначення втомної міцності бурильної колони при нестаціонарному режимі навантажування є однією з головних умов забезпечення її надійності. У зв’язку з цим необхідно зазначити важливість використання експериментальних методів дослідження, які дають змогу з більшою точністю вивчати втомні пошкодження в елементах бурильних труб. За допомогою установки УДПТ-1 проведено експериментальні дослідження впливу розтягуючої асиметрії навантаження на кінетику втомних тріщин. Зразки для дослідження виготовлені з бурильних труб, матеріалом яких є сталі G105 та 40ХН. За результатами досліджень виявлено, що при регулярному навантаженні спостерігається безумовний вплив розтягуючої асиметрії на швидкість поширення тріщини. Оцінено вплив різних програм навантажування на зміну швидкості поширення втомних тріщин у досліджуваних зразках. Досліджено закономірності поширення втомної тріщини при блоковому навантажуванні для сталей G105 та 40ХН. Встановлено, що для досліджуваних зразків у випадку двоступеневого навантажування із однаковою амплітудою та змінною розтягуючою асиметрією при переході від низького до високого рівня навантажування тріщина розвивається із більшою швидкістю, порівняно із регулярним навантаженням, а при переході від високого до низького навантаження поширення тріщини сповільнюється на деяке число циклів.

Various types of loads have an effect upon drill pipes during operation. Especially dangerous are loads with different degrees of asymmetry. The determination of the fatigue strength of the drill column in the non-stationary loading mode is one of the main conditions for ensuring its reliability. In this regard, it is important to note the importance of using experimental methods that allow studying the fatigue damage in the elements of drill pipes with high precision. With the help of the UDPT-1 unit, experimental studies of the tensile asymmetry of loading effect on the kinetics of fatigue cracks have been conducted. The drill pipes made of G105 and 40ХН steel serve as samples for research. During the research it has been found that under regular load an unconditional effect of the tensile asymmetry on the rate of crack propagation is observed. The influence of various loading programs on the change in the growth rate of fatigue cracks in the samples studied has been carried out. The laws of the fatigue crack growth during block loading for G105 and 40ХН steels have been studied. It has been established that for the samples studied in case of two-stage loading with the same amplitude and variable tensile asymmetry during transition from low to high load level, the crack develops at an increased speed compared to regular load, and during the transition from high to low level, there is a delay in the growth of the crack during several cycles.