含凹坑缺陷薄壁圆筒形压力容器的安全评定以及疲劳寿命的数值模拟研究

论文摘要

存在凹坑缺陷的压力容器，在凹坑处由于几何形状发生突变从而产生应力集中，对压力容器使用安全性和使用寿命都会产生一定的影响。基于以上考虑，本文对含凹坑缺陷薄壁圆筒形压力容器进行了以下几方面的研究。首先，选取不同情况下不同尺寸的凹坑，由于凹坑的存在，根据GB／T19624-2004《含缺陷压力容器安全评定》的要求，需要对所取的凹坑中满足G0>0．1的凹坑进行了安全评定。评定结果表明：所存在于压力容器上的凹坑缺陷都在安全评定的允许范围之内。其次，由于疲劳分析是建立在有限元静力分析的基础之上的，因此利用MSC．Patran有限元分析软件对存在于容器上的不同种类的凹坑进行静力分析，得到应力云图，并且使用Excel对分析结果进行多元回归分析，得到多元回归方程。回归结果表明：最大主应力和应力集中系数都是随着Z／δn的增大呈幂函数增加的，而随着x／（?）的增加呈幂函数减小的。再次，根据静力分析结果，利用JB 4732中提供的疲劳设计曲线以及MSC．Fatigue疲劳分析软件对存在于容器上的不同种类的凹坑进行疲劳全寿命分析，并且使用Excel进行多元回归分析，得到回归方程。结果表明：利用疲劳分析曲线分析出来的疲劳寿命以及利用疲劳分析软件分析出来的MSC疲劳寿命都是随着Z／δn的增大成幂函数减小的，而随着X/（?）的增加成幂函数增加的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 含缺陷压力容器的安全评定
• 1.1.1 含缺陷压力容器安全评定在国内外研究现状及水平简述
• 1.1.2 安全评定的断裂力学基础
• 1.2 疲劳的寿命
• 1.2.1 疲劳寿命在国内外研究现状及水平简述
• 1.2.2 疲劳设计方法
• 1.2.3 疲劳寿命的影响因素
• 1.2.4 压力容器的疲劳分析
• 1.3 研究课题简介
• 1.3.1 研究的目的和意义
• 1.3.2 研究的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 模型的选取
• 2.1 所选凹坑的尺寸及薄壁圆筒的设计参数
• 2.2 本章小结
• 第三章 安全评定
• 3.1 含凹坑缺陷安全评定的相关规定
• 3.1.1 评定的方法与限定条件
• 3.1.2 评定的程序
• 3.1.3 缺陷的表征与缺陷部位容器尺寸的确定
• 3.1.4 材料性能数据的确定
• 0的计算和免于评定的判别'>3.1.5 G₀的计算和免于评定的判别
• 3.1.6 塑性极限载荷和最高容许工作压力的确定
• 3.1.7 安全性评定
• 3.2 对所选的凹坑进行安全评定
• 0的计算'>3.2.1 G₀的计算
• 0>0.1的凹坑进行安全评定'>3.2.2 对G₀>0.1的凹坑进行安全评定
• 3.3 本章小结
• 第四章 含凹坑缺陷薄壁圆筒形压力容器的有限元分析
• 4.1 有限元分析的理论基础
• 4.2 有限元软件简介
• 4.3 有限元应力计算及回归分析
• 4.3.1 有限元计算结果与理论解析解对比
• 4.3.2 存在不同种类凹坑的压力容器最大主应力值及应力集中系数分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 疲劳寿命分析
• 5.1 疲劳理论
• 5.1.1 疲劳载荷
• 5.1.2 低循环疲劳S-N曲线
• 5.1.3 利用疲劳曲线计算疲劳寿命的方法
• 5.2 疲劳分析软件MSC.Fatigue简介
• 5.3 疲劳分析
• 5.3.1 疲劳载荷
• 5.3.2 S-N曲线
• 5.3.3 存在不同种类凹坑的压力容器设计疲劳寿命及MSC疲劳寿命分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
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