贮氢压力系统缺陷分析及安全评定方法研究

贮氢压力容器是用于加注、贮存及快速释放氢的小型装置,结构安全性是服役期内关注的重点。检测分析表明：系统在电子束焊接区域存在结构缺陷,主要为底部（内侧）未焊透。对于含缺陷的压力系统,采用失效评定圈（FAD）及裂纹扩展计算方法进行结构安全评估是一种有效手段。基于缺陷检测结果,综合考虑系统结构、长期贮氢及飞行载荷条件特点,研究制定相应结构安全评定的程序及项目,可为评估贮氢压力系统的结构安全性提供依据。     

复杂载荷下含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷分析

针对净截面垮塌(NSC)准则仅适用于拉、弯组合载荷的局限性,根据压力管道实际受力特点,提出了一种基于内压/弯矩/扭矩复杂载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷理论分析方法及其表达式,该方法还充分考虑了管道曲率(管径比)、未焊透缺陷环向长度、深度对压力管道塑性极限载荷的影响。借助有限元分析方法对含各类未焊透缺陷的压力管道塑性极限载荷进行了数值计算并与理论值进行了比较。结果表明:该方法能较好地反映含未焊透缺陷压力管道的实际承载能力,结果可靠,可大大提高含未焊透缺陷压力管道安全评定的有效性。     

含周向面型缺陷管道的失效评定曲线

１　引言失效评定图技术理论严格,使用方便,已经广泛应用于含缺陷容器的安全评定中。由于含周向缺陷管道的承受载荷和容器有很大的不同,为将这一先进的方法引入含周向缺陷管道的安全评定技术中,有必要研究含周向缺陷管道的失效评定曲线。管道周向缺陷的型式有面型缺陷和体积型缺陷。体积型缺陷失效模式一般为塑性极限载荷控制,评定时采用塑性极限载荷评定,无需进行断裂分析。面型缺陷的失效模式可能为极限载荷控制也可能为断裂控制失效模式,采用能同时考虑这两种失效模式的失效评定图技术是非常便利的。面型缺陷可以表征为表面裂纹、…     

含腐蚀缺陷弯管的极限载荷分析

应用有限元分析软件ANSYS对含腐蚀缺陷弯管在内压载荷作用下进行有限元分析。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响,并根据Binfu失效准则,计算分析出弯管不同缺陷尺寸对弯管极限载荷的影响、弯管缺陷处的应力分布状态以及缺陷处随内压改变而变化的应力应变图。根据腐蚀区的应力应变图,对模型的塑性极限载荷压力进行预测,得出了缺陷尺寸对塑性极限载荷的影响及变化规律。     

压力容器初级评定方法中的失效评定图

本文通过对PD6493—91版中一级评定失效评定图(FAD)与PD6493—80,CVDA—84规范中的COD设计曲线以及CVDA—84规范中的塑性失稳评定方法之间的对应关系的分析讨论,提出了适于我国压力容器弹塑性启裂及塑性失稳初级评定的失效评定图(FAD),并用16台在用压力容器中的缺陷评定数据和16台模拟容器的静压爆破试验数据进行了验证,其结果表明,本文推荐的FAD方法既安全可靠又简单实用。     

钝裂纹或缺口下失效评定图的变化及修正方法研究

应用增量理论弹塑性有限元方法以及弹塑性断裂力学 Ｊ积分理论, 深入研究和全面探讨了一种用于含裂纹结构完整性评定的工程方法——失效评定图, 以及钝裂纹或缺口根部曲率半径、缺口长度、缺口端部椭圆离心率、试样形式和材料等对其的影响。提出了钝裂纹或缺口应力强度因子和极限载荷修正方法。通过这一方法建立的失效评定图可有效地消除缺口因素对失效评定图的影响, 由此, 可完全等效地将裂纹失效评定图用于含缺口结构的完整性评定。     

含局部减薄缺陷压力管道承载能力研究

局部减薄缺陷会降低压力管道的承载能力,影响管道的安全运行。通过应力强度评定、极限载荷分析及安全评定标准三方面对含局部减薄缺陷压力管道的承载能力进行系统研究,研究了缺陷尺寸(缺陷相对轴向长度,缺陷相对环向角度,缺陷相对深度)对许用载荷、极限载荷和安全评定载荷的影响规律。结果表明,在内压作用下,缺陷相对深度对管道的承载能力影响最大,缺陷相对轴向长度次之,缺陷相对环向角度的影响最小。对比分析发现许用载荷和安全评定载荷基本吻合,极限载荷值高于许用载荷值34.92%左右;许用载荷与安全评定载荷的比值会在一定范围内波动,存在缺陷尺寸相关性;极限载荷值与许用载荷值的比值和局部减薄缺陷的尺寸无关。相对于极限载荷,许用载荷、安全评定载荷是安全的,符合工程应用的要求。     

港口起重机球铰轴断裂分析及评定

由港口起重机球铰轴的失效分析结果表明热处理残余应力是引发断裂事故的根源。通过有限元分析软件ANSYS的结构分析及热分析功能,计算得到了材料为40Cr、经正火热处理且承受128t外载荷作用的球铰轴断裂面上的弯曲应力和热处理残余应力。依据英国标准BS7910,以应力强度因子KIC作为断裂评定参量,进行含半椭圆表面裂纹和环形表面裂纹的球铰轴断裂性能的评定,得到2种缺陷形式的极限裂纹尺寸,结果表明裂纹深度是影响断裂性能的关键特征尺寸。     

尿素合成塔缺陷评定

为确保尿素合成塔安全运行，采用失效评定图对尿素合成塔进行了缺陷评定。鉴于有限元分析技术可以针对尿素合成塔这一特定结构建立精细的分析模型进行参数分析，能够大大地提高结果的准确度，采用有限元方法计算评定参数。建立含裂纹结构的尿素合成塔缺陷三维分析模型，通过节点位移插值计算应力强度因子；基于塑性屈服和裂纹稳态扩展准则求得结构的极限载荷；利用SINTAP中的失效评定曲线进行缺陷评定与1～4年后的安全预评定。结果表明，目前设备处于安全状态，安全裕度为0．2026，1—2年后设备仍安全，第3年临界安全，第4年设备失效。     

热老化对核电厂一回路主管道LBB分析失效模式的影响

核电厂一回路主管道的材料热老化对其"未爆先漏"(LBB)分析存在明显的影响,基于美国NUREG/CR 4513报告,分析了热老化对一回路主管道的结构塑性极限载荷、裂纹扩展稳定性图(J-T图)、弹塑性断裂失效(EPFM)临界裂纹尺寸和结构失效模式的影响。案例分析结果表明,热老化增加了材料的流变应力和结构塑性极限载荷(增加了11.78%)、降低了材料韧性(裂纹扩张量为5 mm时下降了62.65%)、同样的撕裂模量下热老化后允许的J积分降低了50%以上,热老化后结构的塑性极限载荷与EPFM极限载荷之比(对应于ASME规范Ⅺ卷的Z因子)明显增大。研究结果还表明,在较大的外部载荷作用下,J-T图的驱动力曲线不再是条直线,这与诸如ASME规范Ⅺ卷的简单分析假设不一致,采用ASME规范中的简单假设可能得到非精确的结论。主管道既可能发生EPFM失效,又可能发生塑性失稳失效,发生EPFM失效对应的载荷区间更大。     

发生桩基沉降在役压力管道的断裂失效风险分析

含缺陷管道和压力容器的安全评定是石油化工行业中的一个重要课题，断裂力学的出现和发展为它们的安全评定提供了有力的手段。充分考虑工况载荷、缺陷尺寸、断裂韧度、机械强度等参数的不确定性，根据R6双判据准则，通过Monte Carlo模拟方法对发生桩基沉降的管道进行了失效风险分析，得到它的失效概率，对于掌握发生桩基沉降管道的安全可靠性具有一定的实用价值。     

螺旋缝埋弧焊管焊接缺陷对使用性能影响的计算分析

用失效评定图技术和Prefis软件，结合具体实例及实物试验，将API标准允许范围内的焊接缺陷进行分析，在分析计算中，将焊接缺陷假设为裂纹类缺陷，并对一些复杂情况进行了假设，研究其对螺旋缝埋弧焊管（SSAW）使用性能的影响及其在水压试验后的扩展特性，结果表明：不超标缺陷可使钢管的极限承载能力有所降低，在目前的韧性水平下这种钢管不会发生脆性断裂，且缺陷（不超标）在水压试验后不会扩展。     

承压热冲击下反应堆压力容器的概率评定进展与案例分析

在压水堆核电站运行中,某些工况可能会使反应堆压力容器(Reactor pressure vessels, RPV)经受承压热冲击(Pressurized thermal shock, PTS)瞬态,这给含缺陷RPV的结构完整性带来了一定的挑战。简要介绍含缺陷RPV在PTS条件下的筛选准则及其结构完整性评定方法,重点阐述PTS下含缺陷RPV的概率评定方法。概率评定方法采用概率断裂力学(Probabilistic fracture mechanics, PFM)分析,主要内容包括不确定因素统计分析(裂纹检出率、裂纹尺寸、材料性能等)、裂纹启裂模型及穿透模型等。此外,还对适用于PTS分析的典型PFM程序进行评价。在此基础上,针对典型RPV利用自主开发的PFM程序进行两个典型PTS瞬态的案例分析和结构完整性评定。分析结果表明在60年设计寿命内分析瞬态下该RPV的失效频率低于核安全要求值。结合目前我国核电发展,针对PTS下RPV结构完整性概率评定提出几点建议。     

基于BS7910含缺陷X80钢焊接管道的安全评定

根据英国标准BS7448,制备带预制疲劳裂纹的三点弯曲(three point bent,TPB)标准试样,对X80管线钢焊缝、热影响区和母材进行0℃断裂韧度试验,根据CTOD(crack tip opening displacement)试验结果,结合材料的力学性能、载荷条件,采用英国BS7910结构完整性评定方法的1A、2A评定曲线,针对焊缝内部的深埋裂纹,对X80钢管道焊缝进行安全评定。通过迭代计算确定含有深埋裂纹X80钢管道焊缝中的容许裂纹尺寸。     

APPLICATION OF SINTAP TO THE SAFETY ASSESSMENT OF X65 PIPELINE STEEL

0 INTRODUCTIONFlaw assessment concepts based on fracture mechanics arebeing increasingly used in industrial regulations and standards. Aconsiderable number of guidelines and procedures are availablewhich are partly based on each other but also exhibit sig…     

双腐蚀缺陷油气管道剩余强度分析

以X60双腐蚀缺陷油气管道为研究对象,借助ANSYS软件,分析双腐蚀缺陷半径和缺陷深度对其等效应力和剩余强度的影响。结果表明:随着轴向位置的增加,双腐蚀缺陷管道等效应力在屈服极限与抗拉极限之间变化;随着缺陷半径的增大,剩余强度呈增加的趋势,安全性增强;随着缺陷深度的增大,剩余强度呈减小的趋势,安全性降低。所得结论对于油气管道的腐蚀安全评价有一定的参考意义。     

压力容器管理及安全评定辅助专家系统

结合数据库和专家系统知识，利用Delphi5开发了压力容器管理与安全评定辅助专家系统。该系统主要包括设备管理、失效分析、安全状况等级评定、压力容器分类、缺陷评定、应力分析与强度校核等功能模块。     

基于概率断裂力学的管道失效分析

针对油气管道的断裂失效模式以及失效分析过程中存在的不确定性，结合概率断裂力学和安全评定规范，提出了管道缺陷失效概率计算方法。根据主要评定参数：缺陷尺寸、工况栽荷、断裂韧性、机械强度的分布特征，对各随机变量模拟抽样，应用Monte Carlo数值计算方法确定管道上各缺陷的失效概率。可靠性失效评定方法确实反映了评定参数客观存在的不确定性，克服了确定性失效评定方法的缺点，具有极高的应用价值。     

TDFAD APPROACH TO HIGH TEMPERATURE DEFECT ASSESSMENT AND ITS ENGINEERING APPLICATION

From the idea of failure of defective structures at high temperature being controlled by two mechanisms: fast fracture due to creep crack growth initiating at the crack tip and creep rupture on the weakened section, a time-dependent failure assessment diagram (TDFAD) is developed on the basis of the time dependent crack tip parameter J integral. According to the proposed TDFAD method, detailed crack initiation and creep crack growth analysis is avoided in safety assessments of high temperature structures by performing simple calculations of stress intensity factor and limit load. To evaluate the creep toughness parameter Kmat, three different expressions are suggested on the basis of experimental load-line displacement, creep crack initiation and growth parameters as well as the isochronous stress-strain curve. The influence of service factors such as temperature and service-time on the proposed TDFAD is discussed by using the properties of 2.25CrlMo steel and an example is also presented to illustrate t