7.1 测量计算 SCF

图1海洋立管全尺寸共振弯曲疲劳试验载荷曲线

1.1在试验之前宜确定试样应力集中位置处的SCF给水标准规范范本，确定方法执行SY/T10049的相关要求。 .1.2对于管状对接环焊缝可按公式（1）测量计算SCF，在试样焊缝两侧取不少于6个测点进行测量

SCF =1+ 2.6x 1+ 0.7× T2 T、 T

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一环形焊缝两侧管径的最大偏心误差，单位为毫米（mm）； T一一焊缝单侧的最小管壁厚度，单位为毫米（mm）； T焊缝另一侧的最大管壁厚度，单位为毫米（mm）

2.1试样内腔有充液要求时，应先进行密封性能测试，测试压力为产品额定压力。 2.2密封测试时，应逐级加压到额定压力后进行保压，加压级数不宜少于3级，保压时间不少 min。 2.3保压期间试样应无可见渗漏，压降应小于额定压力的5%。

8.1.1调试时，试样内腔压力不应高于0.5MPa。 3.1.2数据采集系统初始化，各通道应变调零。 3.1.3缓慢增加激振系统电动机转速，提高激振频率，使试样振动频率逐步接近试样一次弯曲固有频 率。同时，观察数据曲线，各通道应变数值是否达到试验要求的应变范围。 8.1.4若振动频率已经达到或超过了试样的一次弯曲固有频率，而应变范围却未达到要求，应临时停 机，调节激振系统激振力。 3.1.5重复进行8.1.2至8.1.4，直至测得的试样应变范围满足试验要求，各通道应变曲线呈现稳定的 正弦规律周期性变化为止，记录此时的应变变化频率（即试样加载频率）。 8.1.6试样应变范围达到加载要求并稳定后，数据采集系统开始输出保存加载频率、应变范围和载荷 盾环次数，数据采集输出5min～15min后，停止调试。 8.1.7检查确认输出保存的各数据应处于正常状态。

8.2.1共振调试完成后，方可进行疲劳试验，试验可分段进行。 8.2.2开启数据采集系统，将各应变通道数据清零。 3.2.3试样内腔有充液要求时，开启加压控制系统，加载到试验压力后持续保压。 8.2.4再次将各应变通道数据清零，开启变频器，逐渐调大电动机转速，直至达到8.1.5确定的试样

2.1共振调试完成后，方可进行疲劳试验，试验可分段进行。 2.2开启数据采集系统，将各应变通道数据清零。 2.3试样内腔有充液要求时，开启加压控制系统，加载到试验压力后持续保压。 2.4再次将各应变通道数据清零，开启变频器，逐渐调大电动机转速，直至达到8.1.5确定的试

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加载频率。 8.2.5观察应变时域信号，当应变范围达到试验要求且振动频率稳定时，开启数据输出保存功能，开 始记录试验数据。 8.2.6试验过程中，应实时监测应变时域曲线、内压曲线，如果发现异常，应先减速停机，再停止数 据输出后，进行检查。靠近试样检查时，应先泄掉试样内腔介质压力。 8.2.7试验中断继续试验时，应再次按照8.2.2至8.2.4执行。

9.2.1试验循环次数

9.2.2试验应力范围

寿命评估的试验应力范围按公式（3）计算：

用于疲劳寿命评估的试验应力范围按公式（3）

Sh=EXEm ....

So 试验应力范围，单位为兆帕（MPa）； 试样材料的弹性模量，单位为兆帕（MPa）； 试样疲劳破坏位置的应变范围平均值，应由破坏位置附近几个应变测点所得到的应变范

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平均值采用线性插值方法计算获得，若破坏位置存在应力集中，应乘以相应的应力集中系 数SCF。

9.3.1平均疲劳曲线

9.3.2目标寿命曲线

曲线是基于数理统计学一定置信区间的计算值，

Namget = Nmm ×10*(0m

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9.3.3疲劳寿命等级判定

若参与评估的所有有效试样疲劳试验循环次数高于对应级别的目标寿命曲线，则判定该海洋立管 的疲劳寿命满足该级别的要求。 示例： 图2是海洋立管疲劳寿命评估图示例，图中W3 ，F3类、C1类3条曲线均是在试验样本数n=2时，通过公 式（5）计算得出的目标寿命曲线，试样1和试样2分别为两个试样的总循环次数N，图中显示这两个试样所代表的海洋 立管疲劳寿命高于SY/T10049中的W3类、F3类目标疲劳寿命曲线，低于SY/T10049中的C1类目标疲劳寿命曲线，

试验报告 试验报告应包括但不限于以下内容： 试验装置的基本信息； 试样结构示意图，试样规格、材料； 务平台 应变片分布位置及方向； 试验循环次数； 试样失效类型及位置； 疲劳寿命评估图； 试验过程照片； 试验日期、试验操作员等。

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以海洋钻井隔水管疲劳试样设计为例介绍试样设计方法，其他海洋立管产品设计方法参照使用。 试样设计基于有限元模态分析方法，对初步设计的疲劳试样的固有频率及振型进行计算，得出试 详一次弯曲固有频率。若该频率在试验装置的激振频率范围以内（一般为10Hz～30Hz），则初步设 计的试样满足共振弯曲疲劳试验要求；若该频率低于10Hz（高于30Hz），应通过减短（增长）试样 的长度尺寸或减少（增加）两端配重量后重新计算，直至试样一次弯曲固有频率在10Hz～30Hz之 内，此时的试样长度应作为疲劳试样设计的最终长度，其一次弯曲模态中的两个零位移点之间的距离 即为试样的支撑跨距

初步设计的钻并隔水管全尺寸疲劳试样外径、壁厚与隔水管产品一致，即全尺寸，长度 500mm。试样两端焊接封板及进排水接头，试验时内腔充满水。进行有限元模态计算时，应把疲劳 代样、激振端工装夹具、配重、试样内水的质量等作为一个试样系统整体来考虑。 在该试样系统模态计算模型中，边界条件按以下方法处理： a）部件连接关系处理：试验过程中，激振端夹具、配重块都采用螺栓与试样连接成一体，在分 析中将连接面处理为完全绑定接触类型 b）内压的处理：自由模态计算中，外载荷对试样的固有频率没有影响，在此不予考虑。 c）内腔液体介质质量的处理：试样内腔充满水，将水的质量等效附加在试样上予以考虑，因此 试样的等效密度应为Pef=（M立管+M永）/V立管，而夹具和配重的密度均不变。 疲劳试样系统整体网格计算模型如图A.1所示

图A.1疲劳试样系统网格模型

A.3模态计算结果分析

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图A.2疲劳试样系统一次弯曲振型

图A.3疲劳试样一次弯曲振型下的应力分布形式

深水钻井隔水管疲劳性能最薄弱的环节是管体上的对接环焊缝，1根试样上可设计两条同样的 以中间横截面对称布置，设计试样结构如图A.4所示，两端封头的厚度按照GB/T150.3的相

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求确定。试样上总共布置12个轴向应变片，4个一组，每组应变片在同一个横截面外圆上，间限 °环向均布。应变片粘贴位置应距离焊缝足够远，以避免焊缝处的应力集中因素影响数据采集的租 性和准确性给排水标准规范范本，本试样中为275mm。

A.5试样支撑点位置确定

图A.4钻并隔水管全尺寸疲劳试样示意图

从试样系统一次弯曲振型（图A.2）可以看出，试样上存在两个零位移点，这两个零位移点以试 详中间横截面为对称面对称分布。把试样的支撑点置于两个零位移点，可最大限度减小试样的支撑固 定对其振动形态的影响。本例试样一次弯曲振动形态中的两个零位移点相距约5800mm，由此确定该 钻井隔水管疲劳试样的支撑跨距为5800mm。

项目管理、论文SY/T7605—2020附录B（资料性附录）数据记录表海洋立管共振弯曲疲劳试验数据记录表见表B.1。表B.1试验数据记录表各通道（测点）平均应变范围试验时间加载频率循环次数试样内压序号HzMPa起始停止123456789101112业标售1314循环次数合计11

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中华人民共和国 石油天然气行业标准 石油天然气钻采设备 海洋立管全尺寸疲劳试验方法 SY/T 7605—2020 石油工业出版社出版 （北京安定门外安华里二区一号楼） 北京中石油彩色印刷有限责任公司排版印刷 4新华书店北京发行所发行 880×1230毫米16开本1.25印张32千字印1—300 2021年1月北京第1版2021年1月北京第1次印刷 书号：155021·8174定价：25.00元 版权专有不得翻印