一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、基于不同加载条件下的盐岩疲劳试验，确认试验加载速率、加载频率、应力幅值，进而计算每个周期的稳定能量耗散；步骤2、根据步骤1得到的每个周期的稳定能量耗散，建立每个周期的稳定能量耗散与盐岩的疲劳寿命关系；步骤3、计算盐岩的疲劳寿命。本发明专利技术解决了现有技术中存在的盐岩疲劳寿命预测方法可靠性、科学性、准确性无法得到保证的问题。

A prediction method of salt rock fatigue life based on energy dissipation

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法
本专利技术属于地下油气能源储存工程
，具体涉及一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法。
技术介绍
盐岩是能源工程中的一种天然材料，因其具有强度低，变形大的力学特性以及密封性和稳定性的物理特性，一直被作为废料处理和油气储存的有利介质。研究的盐岩疲劳寿命对于解决实际工程中盐岩类永久性储存库的合理设计，长期稳定性分析，估算储气设施的疲劳寿命等重大问题来说至关重要。目前，研究盐岩疲劳破坏的最常见两种方法：一是S-N方法，二是损伤理论。S-N法是利用大量疲劳试验的疲劳寿命数据，通过回归分析建立了S-N曲线的典型经验模型，从而预测疲劳材料寿命。然而，S-N法却忽略了盐岩性质的离散性和破坏行为这两条重要特性。所以S-N法预测盐岩疲劳寿命的可靠性、科学性、准确性无法得到保证。损伤理论利用多个变量来描述材料的损伤，然后建立相应的损伤演化模型和本构关系。基于多变量因素的损伤理论提出结果与实际结果偏差较大。因此，寻求盐岩疲劳寿命预测新方法就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，解决了现有技术中存在的盐岩疲劳寿命预测方法可靠性、科学性、准确性无法得到保证的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、基于不同加载条件下的盐岩疲劳试验，确认试验加载速率、加载频率、应力幅值，进而计算每个周期的稳定能量耗散；步骤2、根据步骤1得到的每个周期的稳定能量耗散，建立每个周期的稳定能量耗散与盐岩的疲劳寿命关系；步骤3、计算盐岩的疲劳寿命。本专利技术的特点还在于，步骤1每个周期的稳定能量耗散具体计算如下：wd＝c(μν)aexp[b(A-σ3)](1)其中，wd表示每个周期的稳定能量耗散，μ表示以kN/s为单位的加载速率，v是以Hz为单位的加载频率，A是以MPa为单位的应力振幅，a、b、c均为无量纲常数项，σ3为疲劳试验时盐岩受到的围压。步骤2中岩石疲劳破坏时累积耗散能与盐岩的疲劳寿命关系用ξ表示，具体如下：其中，Nf是疲劳寿命，Wf表示岩石疲劳破坏时累积耗散能，即盐岩试样发生疲劳断裂时的累积耗散能量，ξ为常数，表示岩石疲劳破坏时累积耗散能与盐岩的疲劳寿命关系，wd表示每个周期的稳定能量耗散。岩石疲劳破坏时累积耗散能Wf均匀分布在226和241kJ/m3之间。步骤3中盐岩的疲劳寿命Nf计算公式具体如下：其中，μ表示以kN/s为单位的加载速率，v是以Hz为单位的加载频率，A是以MPa为单位的应力振幅，σ3为疲劳试验时盐岩受到的围压，Wf表示岩石疲劳破坏时累积耗散能，即盐岩试样发生疲劳断裂时的累积耗散能量，由公式(3)得：当μ·ν＝0.5且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为277～299；当μ·ν＝1且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为132～138；当μ·ν＝2且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为55～68；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为125～133；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝30时，盐岩的疲劳寿命Nf为57～64；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝45时，盐岩的疲劳寿命Nf为42～53；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝60时，盐岩的疲劳寿命Nf为17～25。a＝1.0012，b＝0.047和c＝0.576。本专利技术的有益效果是，一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，直接应用于盐岩的疲劳寿命计算，该方法仅需手工计算，计算过程简单，在不采用经验修正系数情况下，仍具有较高的计算精度。采用本专利技术方法计算参数仅需试验加载条件，如加载速率，加载频率，应力幅值等。无需传统方法般进行耗时疲劳试验，然后通过复杂的理论推导，才能建立相应模型预测盐岩疲劳寿命。本专利技术方法简单快捷，节约成本，精确度高，应用前景广阔。附图说明图1是盐岩疲劳试验测试结果与预测结果图；图2是每个周期的能量耗散与不同的施加载荷条件关系图：(a)是每个周期的能量耗散与应力幅值关系图；(b)是每个周期的能量耗散与频率关系图；(c)是每个周期的能量耗散与加载速率关系图；(d)是每个周期的能量耗散与围压关系图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、基于不同加载条件下的盐岩疲劳试验，确认试验加载速率、加载频率、应力幅值，进而计算每个周期的稳定能量耗散；步骤1每个周期的稳定能量耗散具体计算如下：wd＝c(μν)aexp[b(A-σ3)](1)其中，wd表示每个周期的稳定能量耗散，μ表示以kN/s为单位的加载速率，v是以Hz为单位的加载频率，A是以MPa为单位的应力振幅，a、b、c均为无量纲常数项，σ3为疲劳试验时盐岩受到的围压。步骤2、根据步骤1得到的每个周期的稳定能量耗散，建立每个周期的稳定能量耗散与盐岩的疲劳寿命关系：步骤2中岩石疲劳破坏时累积耗散能与盐岩的疲劳寿命关系用ξ表示，具体如下：其中，Nf是疲劳寿命，Wf表示岩石疲劳破坏时累积耗散能，即盐岩试样发生疲劳断裂时的累积耗散能量，ξ为常数，表示岩石疲劳破坏时累积耗散能与盐岩的疲劳寿命关系，wd表示每个周期的稳定能量耗散。岩石疲劳破坏时累积耗散能Wf均匀分布在226和241kJ/m3之间。步骤3、计算盐岩的疲劳寿命：步骤3中盐岩的疲劳寿命Nf计算公式具体如下：其中，μ表示以kN/s为单位的加载速率，v是以Hz为单位的加载频率，A是以MPa为单位的应力振幅，σ3为疲劳试验时盐岩受到的围压，Wf表示岩石疲劳破坏时累积耗散能，即盐岩试样发生疲劳断裂时的累积耗散能量，由公式(3)得：当μ·ν＝0.5且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为277～299；当μ·ν＝1且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为132～138；当μ·ν＝2且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为55～68；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝15时，盐岩的疲劳寿命Nf为125～133；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝30时，盐岩的疲劳寿命Nf为57～64；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝45时，盐岩的疲劳寿命Nf为42～53；当μ·ν＝0.5且A-σ3＝60时，盐岩的疲劳寿命Nf为17～25。a＝1.0012，b＝0.047和c＝0.576。实施例本实施例以岩盐的疲劳试验为例来阐述本专利技术。(1)盐岩疲劳试验状况本实验中的盐岩样品取自中国陕西省地区的一个盐矿。盐岩具有很高的纯度(NaCl和Na2SO4)，并带有K2SO3斑点。试验样品为直径50毫米，长度100毫米的标准圆柱体。试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、基于不同加载条件下的盐岩疲劳试验，确认试验加载速率、加载频率、应力幅值，进而计算每个周期的稳定能量耗散；/n步骤2、根据步骤1得到的每个周期的稳定能量耗散，建立每个周期的稳定能量耗散与盐岩的疲劳寿命关系；/n步骤3、计算盐岩的疲劳寿命。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、基于不同加载条件下的盐岩疲劳试验，确认试验加载速率、加载频率、应力幅值，进而计算每个周期的稳定能量耗散；
步骤2、根据步骤1得到的每个周期的稳定能量耗散，建立每个周期的稳定能量耗散与盐岩的疲劳寿命关系；
步骤3、计算盐岩的疲劳寿命。


2.根据权利要求1所述的一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤1每个周期的稳定能量耗散具体计算如下：
wd＝c(μν)aexp[b(A-σ3)](1)
其中，wd表示每个周期的稳定能量耗散，μ表示以kN/s为单位的加载速率，v是以Hz为单位的加载频率，A是以MPa为单位的应力振幅，a、b、c均为无量纲常数项，σ3为疲劳试验时盐岩受到的围压。


3.根据权利要求2所述的一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤2中岩石疲劳破坏时累积耗散能与盐岩的疲劳寿命关系用ξ表示，具体如下：



其中，Nf是疲劳寿命，Wf表示岩石疲劳破坏时累积耗散能，即盐岩试样发生疲劳断裂时的累积耗散能量，ξ为常数，表示岩石疲劳破坏时累积耗散能与盐岩的疲劳寿命关系，wd表示每个周期的稳定能量耗散。


4.根据权利要求3所述的一种基于能量耗散...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明明，庞帆，王滈藤，刘毅，杨贝贝，张志强，陈蕴生，李宁，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61