内压碟形封头塑性垮塌压力预测方法

塑性垮塌是内压碟形封头设计必须考虑的重要失效模式之一,精准预测塑性垮塌压力有助于避免碟形封头发生塑性垮塌事故.考虑材料应变硬化的影响,从有限元分析、公式计算、试验验证三方面开展内压碟形封头塑性垮塌压力预测方法研究.采用基于弧长法的非线性有限元技术,建立考虑应变硬化的碟形封头塑性垮塌压力预测数值模型.在前人研究基础上,推...     

基于应变强化特性的不锈钢筒体极限载荷分析及其轻量化设计

将S30408不锈钢的真应力—应变曲线简化为双线性各向同性强化模型,对不锈钢圆筒进行弹塑性分析,得出考虑应变强化特性的圆筒全屈服压力。与采用多线性各向同性强化模型进行非线性有限元计算得到筒体的极限载荷进行比较,两者结果吻合。给出考虑材料应变强化特性的筒体径比计算公式及算图,只要确定了材料的双线性各向同性强化模型参数,即可计算出筒体的径比并确定筒体的厚度。与常规设计法相比,筒体壁厚可减轻28.6%。     

国产S30408奥氏体不锈钢应变强化低温容器许用应力及应变确定

对奥氏体不锈钢低温压力容器常规设计与应变强化设计进行比较,可知应变强化技术可大幅提高奥氏体不锈钢材料的许用应力,减薄简体壁厚,减轻容器重量。根据预应变拉伸试验确定国产S30408奥氏体不锈钢应变强化压力容器的应变上限值,并建立国产S30408奥氏体不锈钢材料的ASME和双线性这两种应力应变曲线,对两者进行比较后,以ASME应力应变曲线为计算依据,考虑抗拉强度的影响,确定了国产S30408奥氏体不锈钢材料制造应变强化低温容器时的许用应力及其对应的应变。     

板翅式换热器正交接管封头极限载荷试验研究

采用电测法及有限元法对内压作用下的正交接管封头进行了研究,比较了两种方法下的封头筒体弹性应力分布线和极限载荷值。结果表明,试验所测和有限元计算所得的弹性应力分布线变化规律一致,基于两倍弹性斜率准则和双切线准则所确定的极限载荷试验结果和有限元计算结果较接近,再次验证了采用有限元塑性极限分析进行压力容器强度设计的可行性。     

板翅式换热器封头强度的分析设计研究

采用塑性功曲率（plastic work curvature,PWC）准则和非线性有限元技术相结合的直接法计算了工业封头产品的塑性压力和塑性接管载荷,并将其与其他方法的计算结果进行了比较。分析结果表明,PWC准则塑性压力在理想塑性分析条件下与Cloud-Rodabaugh极限压力和ASME极限压力很接近;PWC准则塑性载荷以总塑性功作为结构整体塑性失效的全局指标,其应变硬化分析条件下的结果能反映材料应变硬化对封头强度的强化效果,克服了TES（twice elastic slope）准则需凭经验选择变形参数的缺点;直接法避免了弹性应力分类的困难,方法简便。研究表明,基于PWC准则的直接法是解决板翅式换热器封头这种复杂结构分析设计问题的有效方法。     

碟形封头与筒体连接结构的极限载荷分析

对某内压作用下薄壁容器的碟形封头与筒体连接结构进行了非线性有限元分析,采用了Newton-Raphson算法,得出了最危险点的载荷-位移曲线,进而通过两倍弹性斜率法得到了该结构的极限载荷值。采用正交设计法,研究了封头的壁厚、筒体的壁厚及封头的转角半径对连接结构极限载荷的影响。研究结果表明结构的最大应力位于碟形封头过渡区,对极限载荷的影响由大到小依次为封头壁厚、筒体壁厚以及封头的转角半径,为今后进一步的优化设计提供了依据。     

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。     

板翅式换热器斜接管封头极限压力研究

针对板翅式换热器斜接管封头强度设计问题,基于有限元软件ANSYS和CAD软件Solidworks,给出塑性功曲率(Plasticwork curvature,PWC)准则极限载荷计算方法,比较30o斜接管封头的PWC准则极限压力、两倍弹性斜率(Twice elastic slope,TES)准则极限压力和美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)理想塑性极限载荷准则极限压力的计算结果,并对影响极限压力的接管倾斜角β、筒体径厚比iDδ、接管开孔率idD进行参数关系研究。30o斜接管封头极限压力计算结果比较表明,PWC极限压力以总塑性功及其曲率作为封头结构整体塑性失效判别的全局指标,与TES准则人为选择的变形参数指标和两倍弹性斜率失效线相比较,具有客观性,也能反映材料应变硬化对封头增强的效应;极限压力与尺寸参数关系研究表明,小倾斜角、大开孔率和大径厚比将使得封头极限压力降低。研究结果为板翅式换热器斜接管封头这种复杂结构极限压力的计算和尺寸参数的选择提供参考。     

核岛蒸汽发生器封头弹塑性应力分析及强度评定

核电站蒸汽发生器是核岛主设备之一,其安全性直接关系到核电站的正常运行。基于ASMEⅢ-1和ASMEⅧ-2标准及有限元软件,采用线弹性、非线性以及热-力耦合的分析方式,对某压水堆核电站蒸汽发生器下封头结构进行应力分析与评定。计算结果表明,封头应力满足规范要求,并具有一定裕量。考虑材料应变强化效应时,可以提高设备的极限承载能力;当存在温差应力时,封头外侧的部分区域应力有所恶化,而内侧有所改善。对结构热-力耦合应力进行保守计算,发现除局部区域进入屈服,封头总体应力仍处于弹性阶段。研究结果可为该类设备设计、强度分析与优化提供一定参考。     

冷冲压S30408封头在应变强化容器中的应用研究

采用ANSYS/LS-DYNA建立了S30408封头冷冲压的数值计算模型,并通过试验验证了所建模型能够较准确地反映封头冷冲压过程。用该模型模拟了3种常用封头在冷冲压过程中产生的塑性变形,并分析了这3种常用封头在冲压过程中球冠区发生塑性变形及变形不同的原因。经冷冲压成形后,2∶1碟形封头在球冠区产生了充分而均匀的塑性变形,使封头球冠区得到了有效强化,屈服强度明显提高。说明在应变强化容器中,使用冷冲压的2∶1碟形封头,既可以免于封头成形后热处理,又解决了因封头厚度比筒体大,强化压力无法充分强化封头球冠区的问题。