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摘要
在轴向、弯曲和扭矩等多种载荷的循环复合作用下，钻杆管体应力集中部位或材料缺陷处会产生裂纹萌生和疲劳裂纹扩展现象，导致管体失效甚至断裂。以API S135钢级钻杆管体为研究对象，通过单轴拉伸试验和裂纹扩展试验测试材料力学性能参数，建立管体数值仿真模型，并以管体疲劳失效案例作为验证对象来验证模型可行性。通过裂纹扩展数值模拟发现，管体内加厚过渡消失区最容易断裂失效，且载荷循环次数最低；载荷应力比增大，可以降低疲劳断裂失效风险。通过对管体内加厚过渡消失区结构改进设计发现：改进管体内加厚锥部长度和管体外加厚锥部长度对管体最大应力和载荷循环次数改变不大，而提高管体壁厚t后应力下降显著，且载荷循环次数提高明显。因此提高管体壁厚t是更为有效的改进方式，并通过正交实验对结构组合进行分析和优选。
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单位武昌理工学院
