压力容器壳体元件基于弹塑性失效准则的强度计算新方法——一次结构法在压力容器壳体元件强度计算中的应用

我国GB 150和JB 4732标准中的多种壳体元件厚度计算方法是基于弹性分析失效准则基础上的。依据JB 4732标准,壳体元件的强度可由应用弹塑性分析的失效准则来计算。由此可发掘弹性失效强度计算方法存在的承载潜力。将GB 150中各种壳体元件在压力作用下对由弹性和弹塑性两种失效准则为基础的厚度计算公式进行推演分析和比较,从而得到全新的强度计算公式,既满足压力载荷作用下的静强度又满足压力多次加载时的安定性。以一次结构法在压力容器受压元件强度设计中的典型应用为实例,验证了该壳体元件强度计算方法比现行标准更为科学合理、又经济安全。     

钢制压力容器试验压力的模糊可靠性理论

基于钢制内压容器静强度在最苛刻压力试验条件下的可靠度分析,建立了统一确定钢制压力容器试验压力的模糊可靠性理论。在不同失效准则下,从控制钢制压力容器静强度在压力试验和正常操作时可靠度范围的角度,对钢制压力容器静强度的可靠度、试验压力大小与安全系数的关系进行定量探索,讨论了试验压力超压系数的限制条件。结果表明,对试验压力的分析结论与有关标准的取值基本一致。     

确定钢制压力容器试验压力的可靠性理论

基于钢制内压容器静强度在压力试验时的可靠度分析,建立了统一确定钢制压力容器试验压力的可靠性理论.认为钢制压力容器进行压力试验的目的有三个(1)使试验压力可能的最小值大于设计压力的可靠度不小于95%;(2)把试验压力可能的最大值控制在一定范围内,尽量让容器在试验时不出现不必要的事故,并把容器在试验时不出现事故的可靠度控制在允许的范围内,确保容器在试验时的安全性;(3)通过压力试验,预测性地把容器在正常操作时的可靠度控制在允许的范围内,确保容器操作时的安全性.在不同失效的准则下,对钢制压力容器静强度的可靠度、试验压力大小与安全系数的关系进行定量探索.结果表明,文中对试验压力系数的取值与我国的标准完全一致.     

扁平绕带式容器的可靠性安全系数

应用基于概率统计理论的可靠性设计方法,对扁平绕带式容器的静强度进行统计分析.结果表明(1)扁平绕带式容器的实际静强度与理论预测值之比基本服从正态分布;(2)从分析静强度初始可靠度的角度,对扁平绕带式容器的安全系数进行分析研究,认为在屈服失效准则下可取安全系数ns≥1.50,在爆破失效准则下可取安全系数nb≥2.50.分析结果为编制以可靠性分析为基础的压力容器标准提供了依据.     

压力容器分析设计的实施方法

钢制压力容器的分析设计方法是基于塑性失效准则及弹塑性失效准则的设计方法。主要适用于设计压力不大于100MPa或具有交变载荷的容器。是以应力分析报告为基础的设计方法。分析设计的实施方法是，先对容器及部件进行载荷分析、结构分析和应力分析，再进行强度校核、应刀分类和评定，最后写出应力分析报告。并以此为基础做结构设计和确定容器壁厚。这对于新颁布的《钢制压力容器一分析设计标准》（JB4732—95）的执行，将具有一定的参考价值。     

基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据研究

海底管道的缺陷是威胁海底管道安全运行的重要因素。为了改善现有失效准则的局限性,更准确地研究管道损伤对X60海管的影响,建立有限元模型,并利用真实爆破压力对模型进行验证,分析70组含不同缺陷管道失效时云图中各应力区域的等效体积,总结出缺陷参数对管道失效模式的影响规律;并引入抗拉强度和垮塌载荷,得到一种基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据,在该判据的基础上拟合出失效压力计算模型。研究表明：采用塑性垮塌失效模型是最适用于该管道的现有失效判定方法;缺陷的长度、深度对管道的失效模式影响较大;对比现有准则,基于等效体积法的失效判据可以定量描述含缺陷管道的失效条件;失效压力模型可用于X60管道失效压力的预测,进而验证了失效判据的适用性。     

中径公式应用于厚壁圆筒设计的条件

厚壁圆筒在内压力作用下处于三向应力（ 轴向应力、环向应力和径向应力） 状态, 按不同的失效准则和强度条件有不同的设计公式。ＧＢ１５０ —１９９８《钢制压力容器》采用的是弹性失效准则, 规定对设计压力ｐ≤０－４［σ］ｔ且不超过３５ＭＰａ 的压力容器按中径公式进行设计。通过对弹性失效准则下４ 种强度理论、中径公式及厚壁圆筒实测值的比较和实例验证, 表明用中径公式设计的高合金钢厚壁圆筒, 在水压试验时其内壁的应力有时超过材料的屈服极限, 使容器出现屈服现象。由此提出按弹性失效准则将中径公式应用于厚壁圆筒设计的条件为设计压力ｐ≤０－３５４［σ］ｔ且不超过３５ＭＰａ。     

RBI技术在三元乙丙橡胶装置上的应用

采用RBI(基于风险的检验)技术对上海某石化公司三元乙丙橡胶装置的97台压力容器和61条压力管道进行了风险评估。根据装置的损伤机理,给出了每个评估单元的失效可能性和失效后果,列出了风险居前的压力容器、压力管道单元,分析了设备高风险的原因,提出了降低风险的措施。结合评估结果,确定了检验策略的制定原则及压力容器、压力管道的检验原则,为后期检验提供参考和依据。     

压力容器开孔补强设计方法比较

通过对压力容器开孔补强常用的压力面积法和等面积法的分析,提出它们在计算准则上的一致性和有效补强范围规定的差异性.     

球形容器的可靠性安全系数

应用基于概率统计理论的可靠性设计方法中的强度 载荷干涉模型 ,对球形容器的静强度进行统计分析。结果表明 :(1)球形容器的实际静强度与理论预测值之比基本服从正态分布 ;(2 )从分析静强度初始可靠度的角度 ,对球形容器的安全系数进行分析研究 ,认为在屈服失效准则下可取常规屈服安全系数ns≥ 1 5 0 ,在爆破失效准则下可取常规抗拉安全系数nb≥ 2 4 0。分析结果为编制以可靠性分析为基础的压力容器标准提供了依据     

高压厚壁容器系统可靠性分析

利用多失效模式相关时的系统可靠性理论，建立了高压厚壁容器破断的系统可靠性分析模型，并提出了此类问题的解决方法。作为算例，计算了厚壁筒的系统可靠度。     

基于爆破失效准则的薄壁容器试验压力系数

应用基于概率统计理论的可靠性设计方法,根据爆破失效准则,在最苛刻的试验压力条件下,分析了按标准设计的薄壁内压容器可接受的爆破强度最小初始可靠度范围。从控制薄壁内压容器在不同工况下最小初始可靠度的角度,对其试验压力系数与安全系数进行了探索。     

页岩气藏水平井井壁稳定性研究

页岩气藏开发采用的井型一般为水平井,在层理发育的页岩地层中钻井一般都存在严重的井壁失稳问题。为此,根据有效应力理论改进了层理地层水平地应力计算模型,并结合川南地区所取岩心进行室内强度实验,选取适当的破坏准则,对比2个地层水平地应力计算模型和水平井眼井周应力状态,得出了页岩气藏水平井坍塌压力随层理面产状的变化规律。研究结果发现：对于页岩地层而言,采用常规的均质地层水平地应力预测模型研究井壁稳定性,低估了水平井的地层坍塌压力;采用改进的水平地应力预测模型计算得出的坍塌压力与实际情况吻合较好;沿最小水平地应力方向钻进的水平井,地层坍塌压力在某一地层倾角处存在极大值,更高的倾角反而有利于井壁稳定。研究结论可以为页岩气井钻井设计提供参考。     

压力容器材料韧性断裂细观力学分析与测试

应用细观力学的观点分析了压力容器材料韧性断裂的力学条件,并考察了其与断裂参量的关系。对压力容器常用材料16MnR钢的断裂参量进行了测试,结果表明,16MnR钢的宏观、细观临界空穴扩张比均是不敏感于应力的材料常数,且16MnR钢韧性断裂的早期行为符合R-T模型,同时对临界空穴扩张比的测试提出了改进方法。     

基于信息熵的薄壁内压容器安全系数

基于钢制薄壁内压容器模糊静强度的信息熵分析,从控制其模糊静强度在正常操作与压力试验时可靠度的角度,探索安全系数、试验压力系数与超压限制系数的定量关系。研究表明：（1）从等可靠度的观点,可要求薄壁内压容器屈服强度的模糊可靠度在正常操作时不低于0．992656,在气压与液压试验时分别不低于0．96926与0．7881;爆破强度的模糊可靠度在正常操作时不低于0．9999999753,在气压与液压试验时分别不低于0．999998931与0．999990226。（2）薄壁内压圆筒屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．45与1．80;薄壁内压球形容器屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．40与1．90;扁平绕带式容器屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．35与2．00。（3）薄壁内压容器试验压力系数应不小于1．00。在气压与液压试验时,薄壁内压圆筒试验压力系数应分别不大于1．16与1．28,薄壁内压球壳试验压力系数应分别不大于1．19与1．32,扁平绕带式容器试验压力系数应分别不大于1．16与1．30。（4）在气压与液压试验时,薄壁内压圆筒的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．800与0．900,在爆破失效准则下应分别不大于0．683与0．712;薄壁内压球壳的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．929与0．943,在爆破失效准则下应分别不大于0．640与0．675;扁平绕带式容器的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．858与0．971,在爆破失效准则下应分别不大于0．612与0．654。     

基于有限元法对带接管压力容器的可靠性分析

运用ANSYS的可靠性分析功能,对带接管压力容器的可靠性进行数值模拟,得出容器的可靠度、峰值应力的概率分布、设计参数的灵敏度等信息。通过与可靠度的公式计算结果进行对比,得出模拟结果能更直观地反映实际可靠度。     

基于多孔介质理论的油井水泥石破坏准则

水泥石是一种由水泥骨架和孔隙组成的多孔介质，井下水泥凝固水化后，孔隙中还会有自由水存在，并且与地层相通，所以水泥石力学行为会受到地层孔隙水压和外部载荷的影响。为进一步揭示油气井实际工况下水泥石的力学性能，引入多孔介质力学理论，对水泥石力学性能进行三轴力学实验研究，获得相关参数，从而确定了考虑孔隙水压的水泥石摩尔-库伦破坏准则。实验以嘉华油井水泥作为研究对象，通过改变围压、排水条件以及孔隙水压获得水泥石的各项力学参数。结果显示，孔隙水压是影响水泥石破坏强度的重要因素；不考虑多孔介质力学的水泥石摩尔-库伦准则模型为非线性；考虑多孔介质力学理论的水泥石摩尔-库伦包络线为线性并获得准则公式。      

基于有限元法对爆破试验预测埋地管道极限载荷的准确性分析

依据工程中常采用的两种预测管道极限载荷的全尺寸爆破试验（按照密封方式的不同分为管道两端加封头和管道两端密封处理）与实际埋地管道的工作条件不相符的问题,对爆破试验预测结果的准确性提出了质疑。为此,采用有限元方法对爆破试验预测结果的准确性进行验证。首先收集了X80、X100高强度钢腐蚀管道的爆破试验数据,通过试验数据与有限元计算结果对比的方法确定出适用于高强度钢管道的失效判据;基于该失效判据,计算出管道在两种爆破试验和埋地等３种工况下的极限载荷,并进行了对比分析。结果表明：采用两种爆破试验预测高强度埋地管道极限载荷的误差均低于5%,其中采用加封头的爆破试验预测埋地管道极限载荷的误差为2.06%,建议采用。该研究结果为预测埋地管道的极限载荷提供了理论依据,对于实际工程应用以及管道选材具有重要价值。     

煤化工变换炉的风险识别与控制

第Ⅲ类压力容器的风险评估是基于失效模式设计方法的重要组成部分。对煤化工变换炉在设计、制造和使用阶段应考虑的典型风险进行了识别、分析和控制,提出了相应的处理措施。