應(yīng)變強(qiáng)化對壓力容器安全裕度的影響效果初探

1、Word文檔應(yīng)變強(qiáng)化對壓力容器安全裕度的影響效果初探 本文通過試件拉伸試驗(yàn)和圓筒容器的有限元模擬方法，探究加載路徑和預(yù)應(yīng)變量兩個元素對應(yīng)變強(qiáng)化容器塑性的失穩(wěn)壓力的影響。結(jié)果顯示：加載路徑這一元素試件以及圓筒容器的極限承載力量具有較小的影響。對壁厚為1.02到1.10范圍內(nèi)的容器，壁厚對預(yù)變后容器的塑性失穩(wěn)壓力的影響甚小。同時考慮容器的塑性變形以及材料的強(qiáng)化效應(yīng)的轉(zhuǎn)變狀況，大約4%到12%的試件和容器的最小平安裕度會有常規(guī)的4.76降低到2.21。本次討論得到的最小平安裕度和國外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)全都，這說明應(yīng)變強(qiáng)化后容器仍舊具有相對較高的平安裕度。 對于壓力容器而言，在設(shè)計(jì)的過程中不僅要考慮其平安性能

2、，同時還要考慮它的經(jīng)濟(jì)可行性。應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)作為一種新的技術(shù)，將其應(yīng)用到壓力容器的設(shè)計(jì)中，雖在肯定程度上降低了容器材料的部分塑性，但是其也在肯定程度上提高了材料的屈服強(qiáng)度。應(yīng)用應(yīng)變強(qiáng)化準(zhǔn)時之后，壓力容器的壁厚就會得到大大的降低，這不僅能夠降低容器的重量，最重要的是能夠有效的提高材料的利用效率，提高壓力容器設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)可行性。但是經(jīng)過這個過程后，容器的整體形狀就會發(fā)生明顯的塑性變形，關(guān)鍵是在應(yīng)變后的容器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)的尺寸等數(shù)據(jù)因素卻和應(yīng)變前的數(shù)據(jù)全都，忽視了這些工作環(huán)節(jié)對材料平安預(yù)度的影響，給壓力容器的工作環(huán)節(jié)中埋下了巨大的平安隱患。 2.應(yīng)變強(qiáng)化路徑對壓力容器塑性失穩(wěn)性的影響 2.1不憐憫況的

3、加載路徑試件的預(yù)拉伸試驗(yàn)以及結(jié)果的數(shù)據(jù)分析 本次試驗(yàn)選取的試驗(yàn)對象是四個完全相同的06Gr19Ni0奧式體不銹鋼材料，并且對其分別標(biāo)號為去a、b、c、d，然后對試驗(yàn)材料的矩形截面試件分別進(jìn)行各應(yīng)路徑的預(yù)拉伸試驗(yàn)，a材料試件進(jìn)行拉伸程度為斷裂，b、c、d材料分別采納不同的拉伸力對其拉伸，使得材料試件發(fā)生部分塑性變形、卸載恢復(fù)、再拉伸直至材料斷列裂，通過試驗(yàn)后比較各試件在不同預(yù)應(yīng)變下的拉伸承載力量，試驗(yàn)結(jié)果如下所示：試件編號試件的厚度（mm）第一次加載載荷（KN）卸載后參加應(yīng)變試件拉伸最大負(fù)荷與試件初始截面積比值（MPa）a6.00798.25b6.0086.980.10779.19c6.0012

4、0.390.14758.12d6.00107.560.85780.01 通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得，在不同加載路徑下的狀況下，也就是不同程度的應(yīng)變強(qiáng)化狀況下，這些材料的極限承載力量的變化程度是不大的，說明不同加載路徑雖然能夠使得材料的失穩(wěn)點(diǎn)發(fā)生變化，但是對材料的極限承載力量的影響是微乎其微的。 2.2有限元模擬試驗(yàn)分析 本次試驗(yàn)選用的試驗(yàn)方法是有限元模擬試驗(yàn)方法，并且設(shè)定兩種加載方式，第一種為一次性加載材料使材料的塑性失穩(wěn)，其次種是分兩次加載，第一次加載時使材料達(dá)到塑性變形的目的，卸載后對材料進(jìn)行其次次加載，直接使材料的塑性失穩(wěn)。在模擬的過程中，壓力容器模型選擇為350mm8mm180000mm的圓

5、筒容器，并且通過查表可知厚度為8mm的6Crl9Nil0板的實(shí)測真應(yīng)力變曲線。在試驗(yàn)過程以及數(shù)據(jù)分析過程中，有限元數(shù)值模擬選用的是Plane82二維八點(diǎn)節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，并且要通過幾何大變形效應(yīng)，同時壓力容器模型要實(shí)行多線性等向強(qiáng)化MISO模型，計(jì)算方法采納弧長法對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解析。在計(jì)算過程中，要對上述兩種加載方式的材料模型的塑性失穩(wěn)壓力進(jìn)行計(jì)算，在此要留意，在其次種加載方式的計(jì)算過程中要給容器施加0.10左右的6組預(yù)應(yīng)變，計(jì)算結(jié)果如下：加載方式預(yù)應(yīng)變量c第一次加載載荷（Po/Mpa）塑性失穩(wěn)壓力(Pblin/Mpa)最大環(huán)向應(yīng)變第一種0.0024.780.387其次種0.0215.2324.

6、690.3520.0416.3224.790.3220.0617.3524.910.3010.0818.7524.760.2890.1019.2924.770.2780.1220.6424.700.257 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析中可以看出，在上述兩種加載方式的影響下，該壓力容器模型的材料塑性失穩(wěn)壓力基本沒有變化，而最大環(huán)向應(yīng)變卻隨著預(yù)應(yīng)變量的漸漸增大而減小等。 總體來說，通過這個試驗(yàn)可以得知，壓力容器的極限承載力量是不會隨著加載方式的變化而變化的，但是預(yù)應(yīng)變強(qiáng)化容器的儲備卻會隨著預(yù)應(yīng)變量的增加而漸漸減小。 3.壓力容器整體的塑性變形與壓力容器材料失穩(wěn)壓力的聯(lián)系 在本次試驗(yàn)中，壓力容器試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某跏純?nèi)

7、徑為400毫米，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算過程中壓力容器的模型長度應(yīng)當(dāng)大于等于五倍的內(nèi)徑，也就是大于等于2000毫米。依據(jù)實(shí)際狀況，在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器一般都是薄壁容器，所以在此可以合理的將容器的徑比選擇在1.10左右，依據(jù)試驗(yàn)要求則可以具體的取1.02、1.04、1.06、1.08、1.10五組數(shù)據(jù)。在有限模擬過程中，壓力容器預(yù)應(yīng)變后的尺寸應(yīng)當(dāng)根據(jù)肯定的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。 試驗(yàn)完成之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析發(fā)覺，兩種模型的有限元的計(jì)算結(jié)果基本相當(dāng)，在取上述五組數(shù)據(jù)的徑比狀況下，塑性變形對壓力容器材料的失穩(wěn)壓力有肯定的影響，這種影響會隨著壓力容器的徑比的增大而漸漸增大，和沒有對其施加預(yù)應(yīng)變的狀況相

8、比，壓力容器的模型在0.04到0.12的預(yù)應(yīng)變范圍內(nèi)塑性失穩(wěn)壓力的平均下降幅度最大為6.42，是發(fā)生在預(yù)應(yīng)變量為0.08的狀況下，具體如下：預(yù)應(yīng)變C0.040.060.080.100.12材料塑性失穩(wěn)壓力的變化-3.24-4.24-6.42-5.34-4.98 通過上述數(shù)據(jù)可知，雖然應(yīng)變強(qiáng)化會使得壓力容器的半徑漸漸變大，壁厚漸漸減小，但是材料的塑性失穩(wěn)壓力的下降幅度卻很小，這也說明材料的強(qiáng)化效應(yīng)在肯定程度上對容器的尺寸轉(zhuǎn)變做到了肯定的彌補(bǔ)。 通過數(shù)據(jù)的分析可以總結(jié)出加載路徑對試件和容器的極限承載力量的影響是比較小的；不同的預(yù)應(yīng)變量能夠使容器產(chǎn)生不同的塑性變形，過一段時間后在材料硬度的影響下容器的塑性變形會漸漸恢復(fù)，但是在這個過程中容器材料的塑性失穩(wěn)載荷就會隨之略減??；對于徑比為1.0左右的薄壁