国产精品91久久久久久-亚洲国产精久久久久久久av-97久久人国产精品婷婷-99久久精品国产一区二区桃色

menu

不銹鋼管廠

您的當(dāng)前位置:網(wǎng)站首頁 > 不銹鋼管廠 > 超高壓容器中自增強(qiáng)厚壁圓筒技術(shù)簡(jiǎn)介

超高壓容器中自增強(qiáng)厚壁圓筒技術(shù)簡(jiǎn)介

來源:至德鋼業(yè) 日期:2021-07-18 23:35:57 人氣:906

  自增強(qiáng)厚壁圓筒目前是超高壓容器的主要結(jié)構(gòu)形式之一,由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝過程容易實(shí)現(xiàn),所以在工程實(shí)際當(dāng)中自增強(qiáng)厚壁圓筒形超高壓容器被廣泛使用。通過對(duì)超高壓容器的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)超高壓容器的徑比k增大到一定值時(shí),當(dāng)量應(yīng)力的增大是非常有限的,即增加壁厚(增大徑比)對(duì)于提高圓筒容器的承載能力是有限的。因此,通過增加壁厚來提高超高壓容器的承載能力是行不通的,同時(shí),增加壁厚無疑要增加材料的消耗和加工的難度。因此,提高超高壓容器彈性承載能力比較合理的方法是使器壁產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力-自增強(qiáng)處理。


1. 自增強(qiáng)理論


  所謂“自增強(qiáng)”就是在設(shè)備使用之前,在其內(nèi)部施加很高的內(nèi)壓力,使筒體內(nèi)壁一定范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形,形成塑性區(qū),而外圍仍處于彈性變形狀態(tài)。卸除內(nèi)壓后,靠近外表面的材料力圖恢復(fù)原狀,但內(nèi)壁附近的材料已經(jīng)發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形而阻止外部材料的恢復(fù),這樣靠近內(nèi)壁材料受到外層材料的箍緊作用,將使筒體內(nèi)壁側(cè)出現(xiàn)壓應(yīng)力,而外部材料則處于受拉狀態(tài)。內(nèi)壁附近的壓縮應(yīng)力和外層材料的拉伸應(yīng)力組成自動(dòng)的平衡力系,存在于筒壁內(nèi)的這些應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。而外層彈性層因收縮受到阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力。在容器投人運(yùn)行承受內(nèi)壓時(shí),由內(nèi)壓引起的拉伸應(yīng)力與內(nèi)壁壓縮殘余應(yīng)力相疊加后,使本來應(yīng)力最大的內(nèi)壁應(yīng)力值得以降低,而外層材料的拉伸殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加后,應(yīng)力水平增高,從而使容器沿壁厚方向的應(yīng)力分布變得更加均勻。


  經(jīng)過自增強(qiáng)處理而制成的設(shè)備,最大的優(yōu)點(diǎn)是施加工作壓力后,其內(nèi)壁的殘余壓應(yīng)力和正常操作時(shí)由介質(zhì)內(nèi)壓和溫度產(chǎn)生的應(yīng)力疊加,可使設(shè)備內(nèi)壁層處于較低的應(yīng)力水平,使應(yīng)力沿壁厚分布均勻化,全部應(yīng)力維持在彈性范圍內(nèi),彈性范圍擴(kuò)大,彈性承載力提高。另外,設(shè)備內(nèi)壁存在壓縮殘余應(yīng)力,操作時(shí)將使內(nèi)壁平均應(yīng)力降低,從而大大提高了設(shè)備的抗疲勞破壞的能力。


  自增強(qiáng)殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算及其穩(wěn)定性研究是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。目前,對(duì)自增強(qiáng)理論的研究還是很不夠的,通過實(shí)驗(yàn)取得重復(fù)數(shù)據(jù)還不多,正式的規(guī)范還在建立和完善中。在所建立的正式的規(guī)范中所采用的理論,仍以理想彈塑性材料假設(shè)為自增強(qiáng)理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),而在生產(chǎn)管理的安全技術(shù)分析和評(píng)定方面則較薄弱。20世紀(jì)60年代國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者已經(jīng)做了不少工作,以理想彈塑性材料假設(shè)為自增強(qiáng)理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的理論已趨于成熟。70年代以來,美國(guó)AD及有關(guān)學(xué)者為了更準(zhǔn)確地計(jì)算,考慮應(yīng)變硬化和包辛格效應(yīng),對(duì)高強(qiáng)度自增強(qiáng)厚壁圓筒殘余應(yīng)力進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,取得了不同程度的進(jìn)展。在這些研究成果中,力學(xué)模型都采用一定的假設(shè)條件和屈服條件,對(duì)選定的鋼材進(jìn)行了彈塑性應(yīng)力分析,而大多數(shù)只討論了厚壁圓筒的加載,而對(duì)其卸載很少分析,沒有達(dá)到工程實(shí)用的深度。實(shí)際上,正是由于圓筒的非線性卸載,使自增強(qiáng)殘余應(yīng)力的分布更為復(fù)雜。20世紀(jì):80年代以來,隨著我國(guó)從日本和德國(guó)先后引進(jìn)超高壓聚乙烯設(shè)備,自增強(qiáng)技術(shù)的研究在我國(guó)逐漸形成高潮,并取得了重大進(jìn)展。該問題的進(jìn)一步深人研究為實(shí)現(xiàn)自增強(qiáng)在役反應(yīng)器安全技術(shù)分析和評(píng)定開辟了廣闊的前景。


 2. 自增強(qiáng)研究現(xiàn)狀


  自增強(qiáng)處理技術(shù)是1906年法國(guó)軍械官員 Halval首次提出,1913年該技術(shù)應(yīng)用于制造炮筒,之后長(zhǎng)期在兵器工業(yè)中廣為應(yīng)用。但在民用工業(yè)方面,尤其是在石油化工領(lǐng)域,在屈服點(diǎn)以上工作的觀點(diǎn)未被工程技術(shù)界所接受。1930年英國(guó)A.E.Macrea發(fā)表了《金屬的超應(yīng)變》的著名論著,并推導(dǎo)了基本的計(jì)算公式,但仍未引起對(duì)自增強(qiáng)技術(shù)的重視。自第二次世界大戰(zhàn)以來,自增強(qiáng)技術(shù)已由炮筒的設(shè)計(jì)、制造轉(zhuǎn)到石油化工生產(chǎn)上,特別是高壓聚乙烯工藝,從反應(yīng)釜、超高壓管道以至超高壓壓縮機(jī)的汽缸等都采用了自增強(qiáng)技術(shù)。1933年,英國(guó)提出低密度超高壓聚合,德國(guó)經(jīng)過相當(dāng)大的努力解決了100 MPa以上的超高壓容器的材料、設(shè)計(jì)、制造與操作控制以后,在1939年建成了第一套操作壓力為150 MPa的乙烯超高壓聚合工廠。20世紀(jì)60年代,自增強(qiáng)技術(shù)隨著理論研究與實(shí)驗(yàn)研究的配合發(fā)展得很快,德國(guó)BASF公司把自增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用到高壓聚乙烯320 MPa反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制造。隨著日本三菱油化公司應(yīng)用自增強(qiáng)技術(shù)設(shè)計(jì)制造了數(shù)十套高壓聚乙烯反應(yīng)器,聚合壓力由250MPa提高到350MPa。自20世紀(jì)70年代以來,自增強(qiáng)理論已經(jīng)成為超高壓容器設(shè)計(jì)的主要理論基礎(chǔ)。我國(guó)的自增強(qiáng)技術(shù)雖然起步較晚,但因我國(guó)所引進(jìn)高壓聚乙烯管式反應(yīng)器的維修和國(guó)產(chǎn)化要求,國(guó)內(nèi)在80年代對(duì)自增強(qiáng)技術(shù)的研究出現(xiàn)一個(gè)高潮。至今,自增強(qiáng)處理壓力已增加到2000 MPa以上,顯然,自增強(qiáng)技術(shù)業(yè)已成為制造業(yè)中一種非常重要的工藝技術(shù)。


  對(duì)于自增強(qiáng)圓筒,合理的最大設(shè)計(jì)壓力是接近或等于內(nèi)壁材料的屈服強(qiáng)度。目前適宜的容器結(jié)構(gòu)形式可利用的材料最大彈性強(qiáng)度一般為1700~2000 MPa.然而,當(dāng)操作壓力超過1000MPa時(shí),考慮到產(chǎn)生超高壓泵及超高壓管道的超高強(qiáng)度材料的來源及其脆性斷裂傾向等實(shí)際因素,美國(guó)T.E.Davidson等人提出采用自增強(qiáng)與多層圓筒相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。


3. 自增強(qiáng)彈塑性分析的理論模型


  自增強(qiáng)殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算必須根據(jù)材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系建立計(jì)算自增強(qiáng)殘余應(yīng)力的理論模型。目前,用來分析這一關(guān)系的理論主要有彈塑性力學(xué)中的全量理論和應(yīng)變?cè)隽坷碚?。由于精確描述彈塑性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不僅復(fù)雜,而且難度很大,因此,為了滿足工程上應(yīng)用的需要,在解決具體問題時(shí),常常對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化。常見的簡(jiǎn)化模型有以下幾種。


 a. 理想彈塑性模型


 由英國(guó)著名力學(xué)家HILL在1967年提出,他不考慮加載時(shí)材料的應(yīng)變硬化和Bauschinger效應(yīng)的影響,將材料視為理想彈塑性體。然而,用于制造超高壓容器的材料,大多為高強(qiáng)度的合金鋼,這些材料,即使微小的超應(yīng)變,都表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化和 Bauschinger 效應(yīng),而 Bauschinger 效應(yīng)的存在,使得自增強(qiáng)容器內(nèi)壁的壓縮殘余應(yīng)力降低,減小了圓筒的彈性操作范圍和實(shí)際獲得的殘余應(yīng)力值。


 b. 卸載冪硬化模型


  卸載冪硬化模型同時(shí)考慮了材料反向屈服后的應(yīng)變硬化和 Bauschinger效應(yīng),但忽略了材料在加載段的硬化。這種模型適用于屈強(qiáng)比較高、塑性比較好的鋼制自增強(qiáng)容器,或者用于自增強(qiáng)度較小的情況。


 c. 雙冪函數(shù)強(qiáng)化模型


  雙冪函數(shù)強(qiáng)化模型同時(shí)考慮了加載和卸載時(shí)材料的應(yīng)變硬化和 Bauschinger效應(yīng)的影響,并把材料進(jìn)入屈服后的應(yīng)力-應(yīng)變的非線性關(guān)系視為冪函數(shù)關(guān)系。這種模型適用于多數(shù)硬化明顯的鋼制自增強(qiáng)容器,或者自增強(qiáng)度較大的情況,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。


 d. 雙線性硬化模型


 雙線性硬化模型與雙向冪硬化模型的適用性基本一致,只是將屈服后相當(dāng)應(yīng)力與相當(dāng)應(yīng)變的非線性關(guān)系視為直線關(guān)系。這樣處理后,使得計(jì)算比較簡(jiǎn)單。


發(fā)表評(píng)論:

◎歡迎參與討論,請(qǐng)?jiān)谶@里發(fā)表您的看法、交流您的觀點(diǎn)。

北京 天津 河北 山西 內(nèi)蒙 遼寧 吉林 黑龍江 上海 江蘇 浙江 安徽 福建 江西 山東 河南 湖北 湖南 廣東 廣西 海南 重慶 四川 貴州 云南 西藏 陜西 甘肅 青海 寧夏 新疆 臺(tái)灣 香港 澳門