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基于载荷—抗力系数防止压力容器塑性垮塌的二元准则

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基于载荷—抗力系数防止压力容器塑性垮塌的二元准则

作者：李兴旭北京化工大学

学位级别：硕士

在承压设备安全性可以得到保障时,将承压设备制造费用减少到最低限度是工程人员最根本的目标。我国无论是规则设计(DBF),还是分析设计(DBA)仍以许用应力设计法(即安全系数法)为主,将材料强度、部件尺寸、设备所受载荷和边界条件等均视... 详细信息

在承压设备安全性可以得到保障时,将承压设备制造费用减少到最低限度是工程人员最根本的目标。我国无论是规则设计(DBF),还是分析设计(DBA)仍以许用应力设计法(即安全系数法)为主,将材料强度、部件尺寸、设备所受载荷和边界条件等均视为定量,忽略上述参数的非确定性带来的影响,再依据使用经验采用一个总的安全系数(根据经典力学和使用经验确定)来保证设计的安全性。因此许用应力(材料的强度除以一个特定的数值)设计法往往不能兼顾承压设备的经济性。随着压力容器向大型化发展的趋势,基于统计学和概率学的可靠性设计方法越来越得到广大工程设计人员的青睐。所以,在承压设备设计规范里引入基于概率分析计算的承压设备设计方法——载荷-抗力系数设计法,能够推动承压设备的发展。本研究基于压力容器可靠性分析对载荷-抗力系数设计法进行探讨,文章包含以下主要内容:1.使用JC法推导出压力容器典型结构的具体概率求解公式,并与ANSYS数值分析软件中蒙特卡洛法的求解结论对比。2.简要介绍载荷-抗力系数设计法,并基于压力容器可靠性分析和我国房屋建筑设计规范对设计压力、质量、外部风力和热应力等的分项系数进行标定。3.对比ASME Ⅷ-2规范和欧盟EN13445标准中的防止塑性垮塌准则,提出防止压力容器塑性垮塌的载荷-抗力系数二元准则,并给出适用于我国压力容器的组合工况和相应的分项系数。

关键词：塑性垮塌载荷-抗力系数设计法可靠性分析系数标定

壳体单元与实体单元在大型压力容器吊装分析中的对比分析

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现代制造技术与装备 2024年第8期60卷 88-92,102页

作者：赵亚如王亚萍王瑞卿张珺珺山东豪迈机械制造有限公司潍坊261500

研究压力容器各结构在吊装过程是否会发生塑性垮塌至关重要,但压力容器结构复杂,建立的有限元模型网格数量较多,降低了计算效率。基于此,提出用壳体单元模型替代实体单元模型的方法,并对结果的可靠性进行验证。研究结果表明,壳体单元最... 详细信息

研究压力容器各结构在吊装过程是否会发生塑性垮塌至关重要,但压力容器结构复杂,建立的有限元模型网格数量较多,降低了计算效率。基于此,提出用壳体单元模型替代实体单元模型的方法,并对结果的可靠性进行验证。研究结果表明,壳体单元最大Mises当量应力位置、变形趋势与实体单元相同,但由于实体单元存在峰值应力,实体单元的Mises当量应力大于壳体单元;壳体单元的薄膜应力与薄膜加弯曲应力均大于实体单元,实体单元的Mises当量应力大于壳体单元,这是因为壳体单元仅计算了一次应力与二次应力,无峰值应力,但不影响塑性垮塌评定。因此,对于非疲劳工况的压力容器,可采用壳体单元代替实体单元进行分析,以在减少计算量的情况下得到精确的数值解。

关键词：壳体单元实体单元有限元模型压力容器吊装塑性垮塌

基于塑性失稳的X60管道安全可靠性评估技术研究

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基于塑性失稳的X60管道安全可靠性评估技术研究

作者：方卓钰中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着管道服役年限的增加,管体表面必然会出现一些损伤,这些缺陷将会给管道的正常运行造成影响,所以研究含缺陷管道的安全可靠性是非常重要的。本文以常见的X60钢级的管道为研究对象,基于塑性失稳机理,采用试验与数值计算相结合的方式,对... 详细信息

随着管道服役年限的增加,管体表面必然会出现一些损伤,这些缺陷将会给管道的正常运行造成影响,所以研究含缺陷管道的安全可靠性是非常重要的。本文以常见的X60钢级的管道为研究对象,基于塑性失稳机理,采用试验与数值计算相结合的方式,对X60管道的剩余强度和可靠性进行了研究,主要研究内容如下:对X60管道进行理化性能试验,以真实的水压爆破试验数据为参照,验证了所建有限元模型的准确性,对比不同的失效准则,研究表明塑性垮塌失效模型是更为适用的现有判定方法。先研究单点外缺陷的深度、长度对失效压力的影响,分析不同缺陷管道失效时各应力区域的等效体积,总结了缺陷参数对管道失效模式的影响规律,并引入垮塌载荷,归纳出X60管道失效模式的变化规律并得到了一种基于等效体积法的含缺陷X60管道完整性失效判定模型,改善了现有失效判定准则的局限性。基于该模型得到了含缺陷X60管道失效压力预测模型,经过与真实试验数据进行对比,验证了所建模型的准确性。基于上述模型对含单点内缺陷及环向、轴向双点缺陷的X60管道进行了模拟,得到了缺陷位置、数量对管道的影响规律,相邻两点缺陷相互作用的临界距离及含轴向、环向缺陷X60管道失效压力的计算方法。应用X60管道的一轮内检测数据,基于概率分布理论研究了外部和内部金属损失深度及长度的分布规律,提高了后续进行可靠性分析的准确度。以真实数据为参考,基于常见的分布方法对最大金属损失深度值进行了预测,得到最适合用于预测X60管道最大金属损失深度的思路与方法。最后,基于可靠性理论,对各点金属损失深度值进行了预测,并绘制出X60管道失效概率统计图,从而得到了基于风险可靠性评估的再检测时间预测值,研究为更好地保障X60管道的安全可靠地运行提供了参考意见。

关键词：剩余强度可靠性塑性垮塌等效体积安全评估

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含缺陷韧性金属材料的失效评估研究

原子能科学技术 2012年第8期46卷 968-971页

作者：李铁萍王庆张春明环境保护部核与辐射安全中心北京100082

以韧性较好的核电站用结构钢S355为研究对象,进行了紧凑拉伸试样的断裂韧性试验,试验中发现随着拉力的增大,裂尖塑性垮塌代替了裂纹扩展,且失效载荷对应有限的塑性屈服范围。随后采用Gurson模型模拟了该试样受拉伸载荷时的失效过程,计... 详细信息

以韧性较好的核电站用结构钢S355为研究对象,进行了紧凑拉伸试样的断裂韧性试验,试验中发现随着拉力的增大,裂尖塑性垮塌代替了裂纹扩展,且失效载荷对应有限的塑性屈服范围。随后采用Gurson模型模拟了该试样受拉伸载荷时的失效过程,计算结果表明,该模型能较好地模拟裂纹尖端的塑性垮塌现象。最后结合试验结果和有限元模拟结果,建立了1条适用于S355钢的通用失效评估曲线,并确定了塑性失效载荷与裂纹长度之间的对应关系。

关键词：断裂韧性塑性垮塌 Gurson模型失效评估曲线塑性失效载荷

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内压椭圆形封头弹塑性设计方法

内压椭圆形封头弹塑性设计方法

基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据研究

第十届全国压力容器学术会议

作者：李克明郑津洋张泽坤孙国有顾超华浙江大学化工机械研究所流体动力与机电系统国家重点实验室高压过程装备与安全教育部工程研究中心

椭圆形封头是压力容器常用封头之一。现行压力容器规范标准采用基于弹性理论或理想弹塑性理论的内压椭圆形封头设计方法,未考虑材料应变硬化对封头承载力的强化作用。采用考虑材料非线性和几何非线性双重影响的椭圆形封头失效预测有限... 详细信息

椭圆形封头是压力容器常用封头之一。现行压力容器规范标准采用基于弹性理论或理想弹塑性理论的内压椭圆形封头设计方法,未考虑材料应变硬化对封头承载力的强化作用。采用考虑材料非线性和几何非线性双重影响的椭圆形封头失效预测有限元模型,结合大量工业规模封头失效试验验证研究,探究椭圆形封头失效全过程,建立椭圆形封头失效预测方法,提出内压椭圆形封头弹塑性设计新方法。与现行规范标准的椭圆形封头设计方法相比,提出的新方法可获得更经济的设计结果。

关键词：椭圆形封头规范标准屈曲塑性垮塌

来源： cnki会议评论

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油气田地面工程 2022年第4期41卷 78-85页

作者：方卓钰董绍华古青段宇航彭东华谢书懿孙伟栋刘保余中国石油大学(北京)管道技术与安全研究中心中国石油集团渤海钻探工程有限公司中石化长输油气管道检测有限公司

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,... 详细信息

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。

关键词：海底管道有限元塑性垮塌等效体积失效判据失效压力

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压力容器大开孔结构的极限载荷分析

管道技术与设备 2023年第5期 38-43,51页

作者：邓又铭陈健朱永有二重(德阳)重型装备有限公司四川德阳618000

为防止压力容器大开孔结构塑性垮塌,保障结构安定性,利用ANSYS软件分别按载荷系数法和塑性垮塌载荷法对某压力容器大开孔结构进行极限载荷分析,采用极限载荷法和弹性应力分类法相结合的方法,结果表明结构满足总体准则、局部准则和安定... 详细信息

为防止压力容器大开孔结构塑性垮塌,保障结构安定性,利用ANSYS软件分别按载荷系数法和塑性垮塌载荷法对某压力容器大开孔结构进行极限载荷分析,采用极限载荷法和弹性应力分类法相结合的方法,结果表明结构满足总体准则、局部准则和安定性要求。给出了大开孔结构极限载荷分析求解过程,可为极限载荷分析法的应用提供借鉴。

关键词：压力容器塑性垮塌安定性弹性应力分类极限载荷分析 ANSYS

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基于失效模式的超高压容器设计方法介绍

基于失效模式的超高压容器设计方法介绍