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压力容器蚀坑群干涉效应及安全评价

作　者: 赵菊
导　师: 王茂廷
学　校: 辽宁石油化工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 有限元蚀坑应力集中干涉效应安全评定
分类号: TH49
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

压力容器是工业领域中广泛使用的承压设备,所接触的介质多为高温、腐蚀或易燃易爆物,一旦发生事故,将会给人们的生命财产造成不可估量的损失。正是压力容器工作环境的原因,在制造或服役期间,由于工作介质的腐蚀或在安装、运输过程中因操作的疏忽容易在容器的内外表面产生大量的蚀坑。蚀坑缺陷的存在,会在压力容器表面产生局部结构不连续,从而产生应力集中,同时由于压力容器的工作环境复杂、工况严峻,可能在蚀坑处产生裂纹并引发开裂,严重影响压力容器的承载能力,并危及压力容器的使用寿命。因此,对含蚀坑缺陷的压力容器进行力学分析和安全评定非常必要。蚀坑缺陷是体缺陷,不容易用常规方法进行应力分析。本文通过ANSYS有限元分析软件对压力容器内表面上分布方向不同、蚀坑个数不同条件下的蚀坑群缺陷进行了应力分析,进一步分析研究了蚀坑缺陷在不同条件下对压力容器应力分布和应力集中系数情况的影响,即蚀坑群之间的干涉效应,得出以下结论:⑴压力容器凹坑的存在能够产生应力集中,对压力容器的安全运行产生了极为不利的影响,应引起足够重视。⑵沿环向排列的双凹坑,应力集中系数随着两凹坑中心距的增加,先减小后增加,最后趋于恒定,当两凹坑相切时应力集中系数最小。⑶沿着轴向排列的双凹坑,应力集中系数随着两凹坑中心距的增加,先增大后减小,最后趋于恒定,当两凹坑相切时应力集中系数最大。所以轴向排列的双凹坑要比环向排列的双凹坑危险。⑷在各种情况下,当凹坑间距增大到一定程度时(L≥3.0),各凹坑之间几乎无影响。⑸当凹坑间距大到互不影响的距离时,随着凹坑数量的增加,对应力集中系数的影响较小。⑹轴向排列的凹坑要比环向排列的凹坑危险,要重点评定。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 引言  10-16
  1.1 本文研究的目的和意义  11-13
  1.2 国内外研究概况  13-15
    1.2.1 蚀坑缺陷  13-14
    1.2.2 含缺陷压力容器的安全评定  14-15
  1.3 本文的主要研究工作  15-16
2 模型的选取  16-22
  2.1 受均匀内压薄壁圆筒形容器的应力分析  16-20
    2.1.1 柱形壳中的内力与应力  16-18
    2.1.2 薄壳轴对称薄膜力求解  18-20
  2.2 薄壁圆筒的设计参数及所选凹坑的尺寸  20-22
3 压力容器的安全评价  22-40
  3.1 压力容器的破坏形式和原因分析  22-31
    3.1.1 压力容器的韧性破裂  22-24
    3.1.2 压力容器的脆性破裂  24-26
    3.1.3 压力容器的疲劳破裂  26-28
    3.1.4 压力容器的腐蚀破裂  28-30
    3.1.5 压力容器的蠕变破裂  30-31
  3.2 压力容器表面蚀坑缺陷的安全评定  31-38
    3.2.1 断裂力学的理论简介  31-34
    3.2.2 含腐蚀凹坑缺陷安全评定的相关规定  34-38
  3.3 对所选的凹坑进行安全评定  38-40
    3.3.1 G_0 的计算  38-39
    3.3.2 对G_0>0.1 的凹坑进行安全评定  39-40
4 含蚀坑缺陷压力容器有限元分析  40-58
  4.1 有限元的理论基础  40-41
    4.1.1 有限元法的基本思想  40
    4.1.2 有限元的分析基本步骤  40-41
    4.1.3 有限元的优越性  41
  4.2 ANSYS 软件简介  41-42
  4.3 带凹坑压力容器应力分布与应力集中系数的研究  42-57
    4.3.1 单凹坑的应力分布与应力集中系数的研究  43-46
    4.3.2 双凹坑的应力分布及干涉效应  46-54
    4.3.3 多凹坑之间的应力应力分布及干涉效应  54-57
  4.4 本章小结  57-58
5 含凹坑缺陷压力容器断裂评定及完整性分析  58-63
  5.1 压力容器表面凹坑缺陷的安全评定  58-60
  5.2 含凹坑缺陷压力容器剩余强度系数的计算  60-62
    5.2.1 含球面凹坑圆柱壳压力容器RSF 的计算方法  60-61
    5.2.2 含球面凹坑圆柱壳压力容器RSF 的计算值  61-62
  5.3 本章小结  62-63
6 结论与展望  63-65
符号说明  65-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73

压力容器蚀坑群干涉效应及安全评价

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