【摘 要】
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为了提高压力容器在工程应用中的可靠性,对压力容器寿命预测模型优化。压力容器瓶颈与瓶身为质地均匀的厚壁圆筒,且一次性成型,不存在焊接情况,其筒壁受力均匀,但其瓶颈与瓶身接合曲面由于结构的不连续,而产生二次应力,受力复杂,容易产生裂纹。因此本文以压力容器瓶颈与瓶身接合曲面为研究对象,分析其应力状态,优化压力容器的寿命预测模型。最后计算压力容器的临界裂纹,预测其寿命周期。本文主要研究内容分为以下四部分。
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为了提高压力容器在工程应用中的可靠性,对压力容器寿命预测模型优化。压力容器瓶颈与瓶身为质地均匀的厚壁圆筒,且一次性成型,不存在焊接情况,其筒壁受力均匀,但其瓶颈与瓶身接合曲面由于结构的不连续,而产生二次应力,受力复杂,容易产生裂纹。因此本文以压力容器瓶颈与瓶身接合曲面为研究对象,分析其应力状态,优化压力容器的寿命预测模型。最后计算压力容器的临界裂纹,预测其寿命周期。本文主要研究内容分为以下四部分。1.优化曲面起裂模型。鉴于应力值的大小将会直接影响起裂角的大小,而压力容器瓶颈与瓶身接合曲面处受到复杂二次应力作用,由此在压力容器瓶颈与瓶身接合曲面添加弯矩模块,对压力容器的应力模型进行优化,进而完成压力容器瓶颈与瓶身曲面起裂模型的优化。并考虑压力容器的几何尺寸在一定程度上影响应力值的大小,因此创建不同尺寸的压力容器仿真算例来验证优化后的起裂角模型具有稳定性,能适用于多种尺寸形状的压力容器。2.修正应力强度因子。针对裂纹位于曲面且起裂角不为0°的问题,考虑压力容器壁厚h、瓶颈与瓶身接合曲面曲率半径R、初始裂纹长度L以及起裂角α对应力强度因子的影响,对应力强度因子K进行修正,并完成修正后的应力强度因子可靠性的验证。3.优化寿命周期模型。通过优化后的裂纹扩展模型计算裂纹扩展量,再由材料的临界应力强度因子求解出压力容器的临界裂纹尺寸(6(（8）,完成对Paris寿命预测模型的优化。4.寿命周期模型验证。对优化后的寿命模型验证主要从两方面进行验证,其一是将兰州理工大学的开源数据与优化后的Paris模型计算的裂纹扩展速率进行结果对比分析。其二是建立传统Manson-Coffin寿命预测模型,并将其计算出的寿命周期与优化后的Paris寿命预测模型进行对比。由此得到优化后的Paris寿命预测模型可靠度。
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