15CrMoR钢焦炭塔疲劳裂纹萌生与扩展的预测分析

发布时间：2017-10-11 13:39

  本文关键词：15CrMoR钢焦炭塔疲劳裂纹萌生与扩展的预测分析

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【摘要】：焦炭塔是炼油工业中延迟焦化的关键设备。由于工况恶劣,焦炭塔服役一定年限后容易出现疲劳裂纹萌生,任由裂纹扩展将导致停产,甚至引发严重的安全事故。因此,对焦炭塔疲劳裂纹萌生和扩展进行预测分析,有其实际的工程意义。以广石化焦化二塔为研究对象,利用ANSYS有限元软件对其循环过程中的温度场和应力场进行数值模拟。分析结果发现应力较大值出现在裙座与筒体连接处或焊缝处。由于疲劳裂纹通常萌生于高应力处,因此将裙座与筒体连接处以及焊缝处作为焦炭塔裂纹萌生与扩展的监测部位。对于焦炭塔疲劳裂纹萌生的预测,首先根据Manson-Coffin方程,通过低周疲劳试验获得材料的疲劳性能参数:疲劳强度系数f??、疲劳强度指数b、疲劳延性系数f??及疲劳延性指数c。接着采用最大、最小及平均循环应变幅进行预测。由于焦炭塔各个循环应力不尽相同,预测结果不能反映焦炭塔的真实情况。最后,基于Miner累积损伤理论,采用多个循环的统计数据对疲劳裂纹萌生进行预测,获得较理想的结果。对于焦炭塔疲劳裂纹扩展的预测,以Paris公式为基础,通过试验测得裂纹扩展参数C、m。接着基于Miner累积损伤理论,采用了实测的多个循环的应变数据,对一定尺寸的初始裂纹进行扩展预测。然后,采用蒙特卡罗方法对疲劳裂纹扩展进行概率意义下的预测,并将两者结果进行了对比。
【关键词】：焦炭塔 裂纹萌生 裂纹扩展 Miner累积损伤理论
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE962
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 焦炭塔的概述7-8
• 1.2 疲劳裂纹8-10
• 1.2.1 疲劳的定义8-9
• 1.2.2 疲劳裂纹的萌生与扩展的机理9-10
• 1.2.3 疲劳寿命10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.4 研究的背景和意义12-13
• 1.5 本论文的研究内容13-15
• 第二章 焦炭塔运行过程中温度场及应力场的数值模拟15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 焦炭塔的操作流程15-17
• 2.3 温度场及应力场数值模拟分析17-28
• 2.3.1 耦合场分析概述17
• 2.3.2 模型的建立17-21
• 2.3.3 加载求解温度场及应力场21-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 焦炭塔疲劳裂纹萌生的预测分析29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 应变-寿命法29-32
• 3.3 疲劳性能参数的测试32-36
• 3.3.1 试样制备与试验方法32-33
• 3.3.2 试验数据处理33-36
• 3.4 裂纹萌生预测36-41
• 3.4.1 单个循环载荷下裂纹萌生的预测36-38
• 3.4.2 Miner线性累积损伤理论38-39
• 3.4.3 相对Miner理论39
• 3.4.4 多个循环载荷下裂纹萌生的预测39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 焦炭塔疲劳裂纹扩展的预测分析42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 Paris公式42-45
• 4.3 裂纹扩展试验45-50
• 4.3.1 试样制备和试验方法45-47
• 4.3.2 试验数据处理47-49
• 4.3.3 蒙特卡罗方法修正疲劳裂纹扩展参数49-50
• 4.4 裂纹扩展预测分析50-55
• 4.4.1 单个循环载荷下裂纹扩展的预测51-52
• 4.4.2 多个循环载荷下裂纹扩展的预测52-53
• 4.4.3 概率意义下的裂纹扩展的预测53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

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3 王t，

本文编号：1012839