变压吸附器疲劳特性及寿命研究

发布时间：2020-07-05 16:40

【摘要】：变压吸附器的传统设计方法依据是S-N曲线,然而材料的S-N曲线都是通过无裂纹的光滑试样测得的。鉴于变压吸附器在制造运输过程中容易产生缺陷,因此传统方法并不能充分保证变压吸附器运行过程中的可靠性和经济性,也不能对含有缺陷的设备进行安全评定。断裂力学理论的快速发展和不断完善,为含缺陷压力容器的评定提供了科学依据。本文采用有限元方法,对某一型号的变压吸附器完成了分析设计,并对该设备出现裂纹后的疲劳寿命进行了估算。本文主要的研究内容和结论总结如下:按照变压吸附器的设计要求,计算得到了筒体和封头的名义厚度。依照JB-4732 (2005年确认版)的规定,用计算得到的壁厚值对变压吸附器进行了强度校核和疲劳校核,计算所得的壁厚值满足该设备的使用要求。使用该变压吸附器的材料Q345R进行了标准CT试样的疲劳裂纹扩展试验,发现试验频率分别为0.1HZ和0.2HZ时,试样的疲劳寿命稍有差别,但扩展速率基本相同。对试样的断裂面进行了微观形貌分析,能够观察到明显的韧窝存在,得到了该材料的疲劳断裂属于韧性断裂的结论。在不考虑焊缝金相组织的假设下,利用ABAQUS扩展有限元功能无需定义裂纹路径即可实现裂纹的任意方向扩展的特点,仿真分析后发现裂纹出现在变压吸附器中上部接管中结构不连续处。通过在该位置以0.9mm为初始裂纹长度、1mm为间隔分别预设13组裂纹深度,分析后得到应力强度因子范围和裂纹深度之间的关系式。在得到裂纹参数之后,以Pairs公式为基础,计算得到变压吸附器裂纹从初始长度扩展到临界长度时仍有5万余次的循环寿命。探索了基于断裂力学的在役有裂纹疲劳容器剩余使用寿命估算方法,岁设备设计和在役设备使用评定有较好的理论和实际工程意义。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ051.86
【图文】：

变压吸附,安全寿命,设备

逦变压吸附器分析设计逡逑管的材料１６Ｍｎ锻。设备的主要设计参数见表２－１。设备的结构简图见图２－２。逡逑基本设计数据参见表２－２。逡逑ｊＳ－邋１１逡逑Ｉ邋Ｉ逦２２０８．７）逡逑１逡逑ｉ逦！逦？邋震邋Ｉ逡逑逦４＞３０００逦２０逦＇逡逑0逡逑１４邋逦（｝＞３０２０邋＾国逦￣邋Ｉ逡逑ＩＩ邋｜逦ｋ逡逑？２８５４逦？逡逑＂＂逦４＞３２１１逦＇逡逑图２－２变压吸附器结构简图逡逑Ｆｉｇ２－２邋Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑变压吸附器的分析设计是按照“安全寿命理论”进行设计的，即要求设备在逡逑一定的使用周期内，不发生疲劳裂纹。这种方法需要建立材料的疲劳载荷谱，逡逑１０逡逑

网格图,上部结构,载荷,网格

（１）对于上封头开口接管结构，主要包括上封头、凸缘、法兰以及一，在实际计算和有限元建模过程中，需要扣除腐蚀裕量３ｍｍ与钢材ｍ。由于螺栓孔等结构对整体结构的应力分布影响并不大，所以在建其省略。并且根据这部分结构为回转体的特性和载荷均布性，在分模型来进行分析。采用二维模型进行分析时，在可以节省大量的前提下，并不会影响结果的精确度［４５１。划分网格时采用四边形网格，１１６网格和１４０３５８节点。对于上部结构，所受到的载荷主要有以下几．壳体内表面以及法兰密封面在垫片内的部分受到内压，／Ｍ．ＯＳＭＰａ；逡逑．法兰盘背面螺栓中心圆直径面上受到螺栓力，大小为操作状态下栓载荷％；根据ＪＢ４７３２—１９９５（２００５年确认）中附录Ｄ中计＋Ｆｐ，邋＾ｐ＝３５８４１５．８Ｎ；逡逑ｃ．法兰密封面垫片压紧力作用面上受到垫片的反力，大小为操作状最小垫片预紧力心＝９９０５７．１Ｎ，ＦＰ＝９９０５７．１Ｎ。逡逑＿邋［0￣）逦＿＆？一＂邋■丨丨邋＿邋■丨丨丨丨■丨卜邋邋逦逡逑

【参考文献】