螺旋加强圈加强外压圆筒稳定性研究

利用螺旋弹簧与"露露"易拉罐设计制作了螺旋加强圈加强圆筒外压试件,在自行设计的外压加载实验装置上对其临界压力进行了测量。利用Ansys有限元软件对各实验模型进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,其中非线性屈曲分析结果与实验结果更为接近。利用正交设计的方法,确定了二十五组螺旋加强圈加强圆筒的结构尺寸,采用非线性屈曲分析方法,对其进行了参数化计算,并通过多元线性回归确定了临界压力与无量纲结构参数之间的关系,讨论了结构参数对临界压力的影响。对比螺旋加强圆筒与圆环加强圆筒临界压力可见,在所讨论的参数范围内,两者差异不大,相对差值小于4%。     

外压薄壁圆筒弱加强结构及其临界压力的计算

因结构原因,部分外压薄壁圆筒的加强圈尺寸受限,虽能在一定程度上对外压圆筒起到加强作用,但加强效果与大加强圈相比会有明显的差异。对一系列带加强圈的外压薄壁圆筒进行了特征值屈曲分析,表明加强圈尺寸不同时外压圆筒会有两种不同的失稳形态。加强圈尺寸足够大时,筒体失稳而加强圈不失稳,失稳波形数大于3,结构的临界压力与加强圈尺寸无关,应称之为强加强结构,加强圈为大加强圈;而加强圈尺寸较小时,加强圈与筒体同时失稳,失稳波形数随加强圈尺寸的增大会由3变为2,结构的临界压力与加强圈尺寸有关,加强圈尺寸越大,临界压力越高,应称之为弱加强结构,加强圈为小加强圈。通过参数化计算,确定了外压薄壁圆筒强、弱加强结构的分界线。对于弱加强结构确定了三波失稳与两波失稳的分界线,给出了弱加强结构三波及两波失稳的临界压力计算经验公式。与HG/T20582-2011近似计算方法给出的许用外压力相比,方法给出的结果约大100%~450%,更有利于实现结构的轻量化设计。     

外压锥壳的加强圈设计

外压锥壳的加强圈设计在GB15 0— 1998中给出了一个计算当量长度的公式和图示。本文通过有限元算例 ,对GB15 0中的计算公式作了验证 ,并对设计中的使用作了详细的阐述 ,起到对GB15 0中的计算公式补充作用 ,具有一定实际应用的意义。     

基于EN 13445直接法的深海外压容器稳定性研究和影响因素分析

深入分析欧盟EN 13445标准直接法稳定性校核原理及应用准则,充分考虑实际工程中的材料非线性和几何非线性因素,建立基于EN 13445压力容器分析设计直接法的深海外压容器稳定性分析模型。根据深海外压容器稳定性校核危险工况,提出结构屈曲分析和稳定性校核方法,并在此基础上深入分析结构参数对深海外压容器稳定性的影响,构建深海外压容器分析设计的稳定分析和校核技术体系。最终开展2000 m深海外压容器高压舱外压试验,试验表明所述深海外压容器稳定性分析校核体系能够准确可靠地分析校核深海外压容器。为深海外压容器的稳定性校核和结构优化提供一种行之有效的方法,填补了深海外压容器稳定性研究方面的空白。     

碟形封头在外压作用下的屈曲分析

采用有限元法分析了碟形封头在外压作用下的屈曲问题。通过静力学分析观察碟形封头内部的应力分布情况以判断封头发生屈曲的位置,并使用Newton—Raphson法和弧长法对封头进行非线性屈曲分析,追踪碟形封头发生屈曲失稳前后过程,获取其典型的结构特征。最后将稳定安全系数引入到有限元分析结果的处理中,从而得到可以在工程中应用的许用外压载荷。整个分析方法和结论对碟形封头的设计和校核具有实际的工程意义。     

议高压容器的开孔补强

介绍高压容器筒体开孔补强设计以及开孔补强件类型及焊接方法。     

基于失效评定图的含缺陷压力管道安全评定方法评述

简要介绍了失效评定图的基本原理,分析了R6第3版和第4版以及SINTAP失效评定曲线,通过建立和比较R6的第3版和第4版的选择1以及SINTAP第1级和第2级失效评定曲线,得出了R6第4版选择1失效评定曲线比第3版选择1失效评定曲线更安全可靠、更适用的结论,同时建议建立常用材料的SINTAP第1级和第2级失效评定曲线,对含焊接缺陷的压力管道进行更精确的安全评定.     

压力容器大开孔补强设计的压力面积法与ASME法的分析比较

针对压力容器两种大开孔的补强计算方法———压力面积法和ASME法 ,分析了两种方法的异同 ,考证了ASME法计算公式的理论依据和由来 ,通过对某容器大开孔结构的两种方法进行计算比较 ,显示了其间的重大差异并由此对大开孔有限元应力分析结果的应力分类评定提出见解。     

Load Bearing Capacity and Safety Analysis for Strain-hardening Austenitic Stainless Steel Pressure Vessels

By increasing the yield strengths of austenitic stainless steels for pressure vessels with strain hardening techniques,the elastic load bearing capacity of austenitic stainless steel pressure vessels can be significantly improved.Two kinds of strain hardening methods are often used for austenitic stainless steel pressure vessels:Avesta model for ambient temperature applications and Ardeform model for cryogenic temperature applications.Both methods are obtained from conventional design rules based on the linear elastic theory,and only consider the hardening effect from materials.Consequently this limits the applications of strain hardening techniques for austenitic stainless steel pressure vessels because of safety concerns.This paper investigates the effect of strain hardening on the load bearing capacity of austenitic stainless steel pressure vessels under large deformation,based on the elastic-plastic theory.Firstly,to understand the effect of strain hardening on material behavior,the plastic instability loads of a round tensile bar specimen are derived under two different loading paths and validated by experiments.Secondly,to investigate the effect of strain hardening on pressure vessels strength, the plastic instability pressure under strain hardening is derived and further validated by finite element simulations.Further,the safety margin of pressure vessels after strain hardening is analyzed by comparing the safety factor values calculated from bursting tests,finite element analyses,and standards.The researching results show that the load bearing capacity of pressure vessels at ambient temperature is independent of the loading history when the effects of both material strain hardening and structural deformation are considered.Finite element simulations and bursting tests results show that the minimum safety factor of austenitic stainless steel pressure vessels with 5% strain hardening is close to the recommended value for common pressure vessels specified in the European pressure vessel standard.The proposed study also shows that in the strain hardening design of austenitic stainless steel pressure vessels,the calculation for plastic instability pressure could use theoretical formula or finite element analyses based on geometrical dimensions and material property parameters before strain hardening,but a 5%strain should be employed as a design limit.The proposed research can be used for the strain hardening design of austenitic stainless steel pressure vessels safely.     

正交各向异性外压薄壁圆筒临界失稳压力研究

针对正交各向异性与各向同性外压薄壁圆筒临界失稳压力差异,对不同卷板方式下正交各向异性外压薄壁圆筒临界失稳压力开展研究,给出了各向同性外压薄壁圆筒临界失稳压力与不同卷板方式下正交各向异性外压薄壁圆筒临界失稳压力,当失稳波数变化时,正交各向异性外压与各向同性外压薄壁圆筒临界失稳压力比发生突变,不同卷板方式下正交各向异性外压薄壁圆筒临界失稳压力有限元结果大于各向同性外压薄壁圆筒临界失稳压力有限元或标准结果,正交各向异性临界失稳压力解析解不适合第二种卷板方式。     

压力容器可靠性分析

分析压力容器的安全可靠性。焊接结构压力容器的核心问题是焊接接头区脆化倾向。以FG-43钢为例．就接头区脆化倾向作了详尽的论述。     

椭圆度对外压圆筒体屈曲临界载荷影响的初步分析

工程结构屈曲的有限元分析方法通常包括特征值分析、几何非线性分析和几何／材料双非线性分析三种方法。本文通过算例分析和对比，认为双非线性分析法可得出更合理的结果。系列计算表明，外压圆筒体屈曲临界压力值会随简体椭圆度的增加而明显降低。     

ANSYS特征值法在计算外压圆筒弹性失稳中的应用讨论

针对弹性范围内外压圆筒,采用ANSYS软件特征值法对其进行稳定性分析,并与目前常见的理论计算公式、设计标准算图进行对比分析。结果表明:采用壳单元Shell 181,当Mx>2.83时,ANSYS软件中特征值法(LBA)所得结果与Mises公式吻合较好,且与设计标准中外压算图中的数据基本一致;弹性分析中,边界条件的设置对临界失稳压力的计算值有较大的影响,固支边界条件下的临界失稳压力计算值大于简支边界条件。     

奥氏体不锈钢制压力容器应变强化工艺研究及安全性分析

根据欧盟EN 13458-2: 2002中关于奥氏体不锈钢制压力容器应变强化标准确定了材料的许用应力,设计并制造了奥氏体不锈钢制试验容器,合理制定了焊接工艺并对容器焊缝进行了射线和渗透检测,所有焊缝质量均达到Ⅰ级合格。通过自行开发的精确自动加压设备对试验容器实施应变强化工艺,通过测量应变强化后容器周长变化量来计算强化容器的永久变形量,并与理论值进行了比较,两者吻合较好。对应变强化容器进行了爆破试验,以确定其爆破压力和爆破部位,并测量容器启裂部位的周长变化量和壁厚减薄量,检验强化容器的塑性储备。探究了应变强化容器极限承载压力和爆破安全系数并讨论了其安全性。