压力容器的疲劳寿命与裂纹扩展规律分析

发布时间：2017-06-04 18:16

  本文关键词：压力容器的疲劳寿命与裂纹扩展规律分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的迅速发展,工业的进步,压力容器已经广泛的用于石油、化工等工业部门以及日常生活当中。大量压力容器与各类承压设备都是在复杂的载荷下工作,容易引起工程结构的疲劳裂纹扩展,进而导致灾难性的破坏。因此,对疲劳裂纹扩展规律以及裂纹扩展行为预测方法,进行系统深入地研究具有重要的理论价值和现实的工程意义。本文采取数值计算与模拟相结合的研究方法,对压力容器受力情况及使用寿命进行分析；对不同初始形貌的表面裂纹扩展形貌进行模拟；对在相同载荷下不同温度下的裂纹扩展速率进行估算。主要研究内容及成果如下。 针对压力容器的结构及受力状况,建立模型及载荷约束,对压力容器的各部位受力及变形情况进行分析,模拟压力容器的工作状况得到其整体的使用寿命,确定压力容器的薄弱环节。 在压力容器中存在的表面裂纹,表面半椭圆裂纹周边的应力强度因子K随θ而变化。沿短、长半轴处裂纹尖端的应力强度因子决定该处裂纹扩展速率,从而影响裂纹扩展形貌。运用数值计算与实验结果相比较,并运用ANSYS有限元分析,确定裂纹扩展长度与深度的关系,以期为含有表面裂纹体的压力容器疲劳剩余使用寿命评估提供依据。 针对压力容器服役条件,以压力容器用钢316L为研究对象,并以前人的实验数据为基础。对钢材在25、200、400、550℃下的材料参数与裂纹扩展规律进行分析,得出一个描述裂纹扩展速率da/dN与材料性能常数的关系式,该关系式可用于预测材料不同温度情况下的疲劳裂纹扩展速率。
【关键词】：压力容器 疲劳寿命 表面裂纹 裂纹深度 扩展规律
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 插图索引10-12
• 附表索引12-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 引言13
• 1.2 压力容器研究动向13-14
• 1.3 压力容器缺陷疲劳的研究现状14-15
• 1.4 裂纹扩展的研究现状15-18
• 1.4.1 裂纹扩展形貌研究15
• 1.4.2 裂纹扩展速率研究15-18
• 1.4.3 裂纹扩展行为的预测模型18
• 1.5 温度对裂纹扩展速率的影响18-20
• 1.6 论文主要内容20-21
• 1.6.1 研究的意义20
• 1.6.2 研究内容及主要工作20-21
• 第2章 疲劳分析与裂纹扩展基础21-30
• 2.1 疲劳破坏机理21-23
• 2.1.1 疲劳裂纹萌生机理21-22
• 2.1.2 疲劳裂纹扩展机理22-23
• 2.2 疲劳分析方法23-25
• 2.2.1 应力疲劳法与应变疲劳法24
• 2.2.2 断裂力学法24-25
• 2.3 裂纹的形式及分类25-26
• 2.4 疲劳裂纹扩展26-29
• 2.4.1 应力疲劳条件下的裂纹扩展26-27
• 2.4.2 影响裂纹扩展的若干因素27-28
• 2.4.3 应变疲劳条件下的裂纹扩展28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 压力容器的疲劳寿命分析30-43
• 3.1 压力容器的静力学分析30-35
• 3.1.1 建立有限元模型30-32
• 3.1.2 施加约束及载荷32-33
• 3.1.3 结果分析33-35
• 3.2 容器壁重要部位分析35-39
• 3.2.1 外表面PATH 1路径上应力结果35-37
• 3.2.2 内表面PATH 2路径上应力结果37-38
• 3.2.3 封头处应力分析38-39
• 3.3 压力容器寿命分析39-42
• 3.3.1 寿命计算中的修正方法39
• 3.3.2 寿命计算过程39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 压力容器中表面裂纹的扩展规律43-60
• 4.1 压力容器应力分析44
• 4.1.1 圆筒形体应力计算44
• 4.1.2 理论与模拟结果比较44
• 4.2 压力容器中纵向表面裂纹44-47
• 4.2.1 表面裂纹应力强度因子45-46
• 4.2.2 应力强度因子的模拟计算46-47
• 4.3 扩展规律分析47-48
• 4.4 曲线拟合及结果分析48-49
• 4.5 裂纹扩展模拟49-52
• 4.5.1 插入裂纹49-50
• 4.5.2 计算应力强度因子50-51
• 4.5.3 应力强度因子拟合51-52
• 4.5.4 裂纹扩展52
• 4.6 模拟结果分析52-58
• 4.6.1 扩展形貌52-54
• 4.6.2 裂纹缘的应力强度因子54
• 4.6.3 裂纹扩展规律54-58
• 4.7 本章小结58-60
• 第5章 温度对裂纹扩展速率的影响60-68
• 5.1 裂纹张开位移的COD理论60-62
• 5.1.1 Irwin裂纹张开位移准则60
• 5.1.2 D-B裂纹张开位移准则60-61
• 5.1.3 裂纹张开位移的计算公式61-62
• 5.2 裂纹扩展速率62-63
• 5.2.1 裂纹扩展速率公式62
• 5.2.2 裂纹扩展速率公式推导62-63
• 5.3 温度对材料参数及裂纹扩展速率的影响63-64
• 5.4 不同温度下裂纹扩展速率推导64-67
• 5.4.1 裂纹扩展速率预测64
• 5.4.2 结果对比64-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文75

【参考文献】

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本文编号：421770