高温环境下铝合金钻杆磨损失效及防护机制研究

本项目结合松辽盆地资源与环境科学深部钻探工程（松科二井）及辽宁金羊盆地油气地质调查井“羊D1 井”，进行了φ147mm、φ114mm两种规格铝合金钻杆的多次井下生产试验，主要评价表面强化处理前后铝合金钻杆的现场使用性能。本次生产试验是我国自主开发的科学深井及绳索取心铝合金钻杆在国内的首次应用，考核了国产铝合金管材强度、安全性的同时，观察验证抗高温、耐磨损及耐腐蚀能力，为我国铝合金钻杆系列化开发奠定了重要的基础。,本项目结合松辽盆地资源与环境科学深部钻探工程（松科二井）及辽宁金羊盆地油气地质调查井“羊D1 井”，进行了φ147mm、φ114mm两种规格铝合金钻杆的多次井下生产试验，主要评价表面强化处理前后铝合金钻杆的现场使用性能。本次生产试验是我国自主开发的科学深井及绳索取心铝合金钻杆在国内的首次应用，考核了国产铝合金管材强度、安全性的同时，观察验证抗高温、耐磨损及耐腐蚀能力，为我国铝合金钻杆系列化开发奠定了重要的基础。

：铝合金结构具有重量轻、耐腐蚀性好的特点，在建筑物和构筑物中应用越来.越广泛，但是对于国产铝合金结构构件在高温下的结构性能的研究很少。本项目将从高温.下国产铝合金材料的力学特性试验研究出发，建立高温下铝合金的材料特性模型，然后分.别采用解析推导和非线性有限元模拟方法对轴心受压、受弯和偏心受压铝合金构件在高温.下的承载力计算方法进行理论分析。通过对铝合金基本受力构件在高温下的承载性能试验，.研究高温下铝合金构件的破坏形式及其承载力随温度变化的规律，并对理论分析方法的可.靠性进行验证。最后采用非线性有限元方法对高温下铝合金构件的承载力进行大规模数值.分析，结合构件试验结果，通过参数分析得到铝合金构件的高温承载力计算公式，为铝合.金结构的抗火设计和特殊高温环境下的承载安全验算奠定基础。

通过对不同温度下铝合金试件的材性试验，得到了高温下结构用铝合金材料的强度、延伸率等特性参数随温度变化的规律，改进了传统的用于测试高温弹性模量的动态法，并测试不同温度下铝合金材料的弹性模量，给出高温下铝合金材料的力学参数计算公式。对100多个铝合金受压构件和受弯构件在高温下的结构性能进行了试验研究，得到了高温下铝合金构件的破坏形式、承载力特性及荷载--变形关系，采用非线性有限元方法对铝合金结构构件的结构性能进行了数值模拟与分析，通过将数值分析结果与试验结果的对比，验证了有限元模型与分析参数的可靠性，得到了铝合金构件承载力随温度变化的规律。采用解析方法推导了高温下铝合金受压构件和受弯构件的承载力计算方法，结合采用有限元方法进行参数分析，确定了承载力计算公式中的有关参数。通过与数值分析结果和试验结果的对比，验证了理论计算方法的可靠性。 本课题的研究成果为铝合金结构的抗火设计提供了理论和试验依据，将来可以用于编制铝合结构的相关设计标准与指南，指导工程设计。本课题研究改进的动态法可以用于其他材料高温弹性模量的测试。