[发明专利]一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于地下油气能源储存工程技术领域，具体涉及一种基于能量耗散的盐岩疲劳寿命预测方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明的特点还在于，

步骤1每个周期的稳定能量耗散具体计算如下：

w_d＝c(μν)^a exp[b(A-σ₃)] (1)

其中，w_d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，N_f是疲劳寿命，W_f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，w_d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W_f均匀分布在226和241kJ/m³之间。

步骤3中盐岩的疲劳寿命N_f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，W_f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：