超高压容器损伤自增强的应力分析

论文摘要

超高压容器是现代工业及科学研究中广泛应用的设备。为了提高超高压容器的承载能力并延长疲劳寿命,需对其进行自增强处理。自增强处理的关键是残余应力的计算,准确计算残余应力对疲劳寿命的确定非常重要,但由于使用中超高压容器材料的力学行为复杂,使得这一课题仍未完全解决。本文在简述了超高压容器的发展以及国内外自增强研究现状的基础上,介绍了超高压容器自增强残余应力的计算模型,并依据弹塑性理论的理想弹塑性模型、卸载幂硬化模型、双向幂硬化模型、双线性硬化模型的优缺点,提出了基于损伤理论的损伤自增强模型。本文由损伤理论的热力学基础出发,引入损伤变量,给出材料损伤本构方程,基于此方程建立超高压容器筒体损伤自增强模型。在对自增强筒体受力情况和边界条件分析的基础上,本文给出损伤区和弹性区应力分布、损伤自增强临界压力以及损伤自增强压力,依据卸载定理,给出损伤自增强残余应力分布。本文对损伤变量的实验测量方法进行了研究,由于其应力-应变关系不服从直线关系,故依据损伤变量测量的弹性常数法,提出利用云纹干涉法和拉伸实验法来进行损伤变量的理论实验测量,为损伤变量测量提供理论思路。利用实验数据对损伤变量沿半径变化规律进行了研究,本文给出了含四参量的损伤变量函数关系式,并对损伤自增强残余应力模型进行了验证,并将计算所得残余应力与其他模型相比较,验证其准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、超高压容器发展概况
• 二、自增强技术在超高压容器中的应用
• 三、损伤力学的发展
• 四、损伤自增强的研究现状
• 五、本文选题的目的和意义
• 六、本文研究的主要内容
• 第一章 自增强残余应力的理论模型
• 1.1 基于弹塑性理论分析的自增强理论模型
• 1.1.1 理想弹塑性模型
• 1.1.2 卸载幂函数硬化材料的自增强理论模型
• 1.1.3 双向幂硬化材料的自增强理论模型
• 1.1.4 双线性硬化材料的自增强理论模型
• 1.2 基于损伤理论的自增强模型
• 1.2.1 自增强损伤模型
• 1.2.2 自增强损伤模型的发展
• 1.3 本章小结
• 第二章 超高压容器损伤自增强模型
• 2.1 超高压容器损伤机理
• 2.2 损伤理论的热力学基础及损伤本构方程
• 2.2.1 损伤变量和有效应力
• 2.2.2 损伤本构方程
• 2.3 损伤自增强模型应力分析
• 2.3.1 建立模型
• 2.3.2 弹性区应力分析
• 2.3.3 应力应变假设
• 2.3.4 损伤区应力分析
• 2.3.5 残余应力分析
• 2.3.6 损伤自增强压力
• 2.3.7 损伤临界半径
• 2.4 本章小结
• 第三章 损伤变量测量的实验方法研究
• 3.1 损伤变量的定义
• 3.1.1 损伤面积法
• 3.1.2 电位法
• 3.1.3 显微硬度法
• 3.1.4 循环应力幅值法
• 3.1.5 弹性模量法
• 3.2 实验方案研究
• 3.2.1 测量原理
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 实验方案二
• 3.3.1 测量原理
• 3.3.2 实验方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 损伤度函数研究
• 4.1 研究基础
• 4.1.1 25Cr2MoV 实验材料
• 4.1.2 40Cr 实验材料
• 4.1.3 30SiMnMoVA 实验材料
• 4.2 损伤变量 D 函数
• 4.3 本章小结
• 第五章 残余应力计算及模型比较
• 5.1 实验验证
• 5.2 与其它模型残余应力的比较
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要