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1、第25卷第2期天然气与石油Vo.l25,No.22007年4月NaturalGasAndOilApr.2007C型环试验的加载应力计算1222赵华莱,姜放,李,曹晓燕(1.四川大学,四川成都610065;2中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)摘要:推导了C型环的挠度应力关系式,对NACETM0177和GB/T159705中的加载应力计算公式进行了比较和讨论;进行了C型环应力与加载挠度的测试,通过公式计算应力值与实际应力值的比较,对加载应力误差进行了分析和讨论
2、,进一步确定了这两个标准各自的适用范围,推荐了对试件进行合理加载的方式。关键词:C型环;加载应力计算;应力腐蚀开裂文章编号:10065093(2007)02002104文献标识码:A定了这两个标准各自的适用范围,并推荐了对试件0前言进行科学加载的方式,以得到更准确的试验应力。硫化物应力开裂(SSC)是酸性油气田金属材料1公式推导腐蚀的一种严重失效形式,事先没有任何预兆,一旦C型环试样的加载方法有多种,通常采用横位发生往往会造成灾难性事故。移加载,即沿环直径中央方向扭紧螺栓。C型环受美国腐蚀工
3、程师协会(NACE)总结了实验室的到的主要应力是周向应力,此应力是沿厚度方向梯SSC评价结果和现场实践的经验,颁布了NACETM度变化的不均匀应力,即从某一表面上的最大拉应0177含H2S环境中金属材料抗硫化物应力开裂实[1]力变化到相反表面上的最大压应力。应力也围绕着验室试验。该标准中有四种方法,其中的方法C型环周向变化,从每个螺孔处的零值变到加载螺CC型环试验,主要用于评价金属在环向应力作[2]栓对面圆弧中央的最大值,见图1。用下的抗应力腐蚀破裂敏感性能,特别适用于直径计算图1中C型环外表面最大应
4、力值与C型较小的管、棒腐蚀试验。国标GB/T159705金属和[2]环沿螺栓方向挠度之间的关系时,有如下基本假设:合金的腐蚀应力腐蚀试验第5部分:C型环C型环发生平面弯曲时符合平面假设,即变形前的试样的制备和应用!也包括了C型环试样的设计、横截面在变形后仍然为平面;不考虑材料层间相互制备、加载、暴露及检查等方面,提供了C型环试样作用的正应力,C型环处于单向受拉(压)应力状应力状态和分布的分析。态。对于应力腐蚀试验,最重要的两个因素是腐蚀环境和加载应力。在试验中对试件进行合理的加1.1C型环外表面弯
5、曲应力与作用力F之间的载,以得到准确的试验应力,是科学进行应力腐蚀试关系推导验的关键之一。但这两个标准中,关于确定试验应根据材料力学,曲梁(杆)在外载荷作用下,横力的加载挠度计算公式却不同。本文通过对挠度截面上往往同时存在弯矩M、轴力N和剪力Q。与[3]应力关系式的推导,以及公式计算应力值与实际应剪力Q对应的剪应力一般很小,可以不考虑。因力值的比较,对加载应力误差进行了分析和讨论,确此应力计算公式为:收稿日期:20061227作者简介:赵华莱(1982),女,重庆南川人,硕士,就读于四川大
6、学化工学院,主要从事油气田材料腐蚀研究。电话:(028)86014533。22天然气与石油2007年图1C型环加载及受力示意图NMy心轴通过截面形心。=1∀2=∀(1)ASMy∃2=式中N应力计算点受到的轴力,N;I24A截面积,mm;式中I截面惯性矩,mm。对于矩形截面,I=3M应力计算点受到的弯矩,N#mm;wt:12y应力计算点到中性轴的距离,mm;y∃由于中性轴通过形心截面,对C型环,=r+y,r为中性层的曲率半径,
7、mm;3y∃=t/2。S=A#e,为整个截面对中性轴的静矩,mm,则C型环外表面的最大应力为:e为形心到中性轴距离,mm。6FRFF(6R-t)对于C型环,拉应力的最大值在图1中AA=2-=2wtwtwt截面C环外表面处。AA截面所受内力如图1中当截面厚度t远小于R时,(6R-t)%6R,则此b所示。该截面在C型环外表面处的参数为:N=时C型环外表面的最大应力可简化为:dd-F,M=F#R,A=w#t,y=-r,=,S=wt#6FR3F(d-t)22=2=2(3)wtwt(R-r)。式中t
8、C型环壁厚,mm;1.2变形量与作用力F之间的关系推导wC型环宽度,mm;忽略曲率的影响,采用能量法计算变形量与作dC型环加载前外径,mm;[4]用力之间的关系。如图1,在与螺栓轴线成!角R轴线曲率半径,mm。的截面上弯矩M、剪切力FQ和轴向力FN分别为:M将这些参数代入(1)式可得,C型环外表面所=FRsin!,FQ=Fcos!,FN=Fsin!。受最大拉应力为:令图1中F=
