Influence of crack shapes on crack propagation life of sucker rods in the corrosive environments

LENG Jiancheng; YUE Jianghong; ZHANG Xin; XU Hongwei

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.007

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Influence of crack shapes on crack propagation life of sucker rods in the corrosive environments

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- Influence of crack shapes on crack propagation life of sucker rods in the corrosive environments
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 56-62(2026)
- 作者机构：
  
  1.东北石油大学机械科学与工程学院，大庆 163318
  2.杭州长川科技股份有限公司，杭州 310051
- 作者简介：
  
  LENG Jiancheng, E-mail: lbyljc@163.com
- 基金信息：
  
  Natural Science Foundation of Heilongjiang Province(LH2020E016)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.007
  CLC： TE982
- Received：04 March 2024，
  
  Revised：2024-05-01，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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冷建成，岳江红，张新，等. 腐蚀环境下裂纹形状对抽油杆裂纹扩展寿命的影响分析［J］. 机械强度，2026，48（1）：56-62.

LENG Jiancheng，YUE Jianghong，ZHANG Xin，et al. Influence of crack shapes on crack propagation life of sucker rods in the corrosive environments［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：56-62.
冷建成，岳江红，张新，等. 腐蚀环境下裂纹形状对抽油杆裂纹扩展寿命的影响分析［J］. 机械强度，2026，48（1）：56-62. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.007.

LENG Jiancheng，YUE Jianghong，ZHANG Xin，et al. Influence of crack shapes on crack propagation life of sucker rods in the corrosive environments［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：56-62. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.007.

摘要

目的

为明确不同初始裂纹形状对抽油杆疲劳寿命的影响，基于FRANC3D断裂力学软件对腐蚀环境下的抽油杆进行裂纹扩展模拟及剩余使用寿命（Remaining Useful Life

RUL）预测。

方法

首先，通过对比Newman-Raju解，验证了M积分法计算应力强度因子的仿真精度。其次，基于Ansys WorkBench软件建立了在役抽油杆有限元模型并进行了仿真分析，得出von Mises最大应力位于退刀槽与台肩的交接位置。最后，基于Python接口对FRANC3D进行二次开发，在无腐蚀和腐蚀环境下分别对半椭圆形裂纹和长浅表面裂纹进行了裂纹扩展模拟。

结果

结果表明，两种裂纹扩展时均是先中间扩展快逐步变为两端扩展快，在裂纹扩展到一定深度时裂纹前缘会逐渐椭圆化，从而对后续的裂纹扩展速率影响减小；腐蚀环境下的RUL比无腐蚀工况下分别降低28.95%和28.32%。研究结果可为在役抽油杆的RUL预测提供参考。

Abstract

Objective

To clarify the influence of different initial crack shapes on the fatigue life of sucker rods

crack propagation simulation and residual useful life (RUL) prediction were conducted on sucker rods in corrosive environments using FRANC3D fracture mechanics software.

Methods

Firstly

the simulation accuracy of the M-integral method for calculating stress intensity factors was verified by comparing with the Newman-Raju solution. Secondly

a finite element model of in-service sucker rods was established based on Ansys WorkBench software and simulation analysis was conducted. The maximum von Mises stress was found at the intersection of the cutting groove and the shoulder. Finally

the secondary development of FRANC3D software was carried out based on the Python interface

and crack propagation simulations were conducted respectively on semi-elliptical and long-shallow surface cracks in non-corrosive and corrosive environments.

Results

The results show that both types of cracks propagate rapidly from the middle to both ends initially. When the crack extends to a certain depth

the front edge of the crack gradually becomes elliptical

reducing its impact on the subsequent crack propagation rate. The RUL under corrosive conditions is reduced by 28.95% and 28.32%

respectively

compared to non-corrosive conditions. This study provides reference for predicting the residual life of in-service sucker rods.

关键词

Keywords

references

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