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表面 裂纹 缺陷 高压 容器 疲劳 安全性 评定

资源描述：

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内容简介：

题目名称含环向表面裂纹缺陷的高压容器疲劳安全性评定题目来源国家、省（部）级市、校级 企业（公司）其他题目类型工程设计 应用研究基础研究其他一、毕业设计（论文）概述 本文的题目是关于含环向表面裂纹的缺陷的高压容器疲劳安全性评定，分析的主体是高压容器筒体与封头连接处的环焊缝，该焊缝含一条裂纹缺陷，本文主要工作是基于裂纹缺陷判定该容器在循环压力的实际操作情况下的服役时间可否达到下一检查周期。 本文具体分为四个部分，即 ANSYS 实体建模-理论分析远离不连续部位与不连续部位应力-ANSYS 分析不连续部位应力-利用 GB 19624 计算分析并进行安全性评定。以下对各部分详述： 第一部分：ANSYS 实体建模 ANSYS 实体建模采用的是 APDL 语言，建立不含裂纹缺陷的 1/4 压力容器模型，模型包括球型封头、筒体和等厚焊接对接形式焊缝。对焊缝处采用 Hex-sweep 划分网格， 网格长度设置为 3，其他部位采用 Ted-free 划分，设置网格长度为 5。对焊缝处的网格细化是为了更好的分析焊缝处因为几何不连续产生的应力问题。 第二部分：理论分析远离不连续部位与不连续部位应力 参照过程设备设计（第四版）第二章压力容器应力分析内容，本文研究的高压容器属于薄壁范畴，由无力矩理论得知筒体远离不连续部位的点受处于二向应力状态， 利用微元平衡方程（Laplace 方程）与壳体的区域平衡方程得到所求的环向应力与轴向应力。再利用有力矩理论考虑筒体与封头连接部位的变形协调，计算边缘力与边缘力 矩，从而得出不连续部位的弯曲应力的理论值。为后续与有限元分析结果比对做好了 铺垫。 第三部分：ANSYS 分析不连续部位应力 利用 ANSYS 中后处理的功能对 ANSYS 分析后所得模型的焊缝部位进行处理，具体步骤如下： （1）利用 Path Operation 对焊缝处沿壁厚定义一条路径，名为 PATH-1。 （2）将焊缝处的沿壁厚的应力分布沿定义的路径显示出来。 （3）根据对裂纹扩展的分析，确定所需的力，并对其线性化，得到该总力中包含的一次应力（薄膜应力）与二次应力（弯曲应力）的值。 （4）将 ANSYS 分析得到的应力与第二部分中对不连续处理论计算的应力值进行比较，看其是否合理，以确保最终进行安全性评定的计算的准确性。 第四部分：利用 GB 19624 计算分析并进行安全性评定 根据 GBT 19624 的 6 疲劳失效评定对该压力容器进行安全性评定。裂纹属于平面缺陷，该缺陷表为半椭圆形。确定应力变化范围与循环次数。之后利用 Pairs 公式计算应力强度因子。应力强度因子是用来表征裂纹的参量，是一个随裂纹的扩展而变化 的值，所以在计算应力强度因子时需要计算数个，直到裂纹穿透为止或者到循环结束 为止，得到最终的裂纹尺寸。本文对应力强度因子的计算采用的是用 C 语言编写程序， 对应力强度因子和裂纹的尺寸进行循环嵌套，进行变化的计算。并且输出每一次裂纹 长度变化的计算值，进行裂纹变化与应力循环的分析。 根据 GBT 19624 的 6.1.7 的安全性评价对上述所得结果进行评价。 二、毕业设计（论文）整体安排及进度 周 次工作内容第 7 学期第 17-19 周查阅相关文献，翻译英文资料，撰写开题报告，理清研究思路。第 8 学期第 1-2 周学习 ANSYS 有限元分析软件及应力线性化方法第 3-4 周学习 GB/T19624-2004, 在用含缺陷压力容器安全评定标准，掌握含表面裂纹缺陷的容器断裂评定方法第 5-6 周采用有限元方法分析筒体与封头连接处的各向应力，并检查分析结果的准确性。第 7 周毕业实习第 8-10 周GB/T19624-2004, 在用含缺陷压力容器安全评定标准，基于有限元应力分析结果对含环向表面裂纹缺陷的高压容器疲劳安全性评定第 11-12 周拟定论文大纲，确定论文内容，撰写毕业论文初稿。第 13-14 周提交并修改论文，准备答辩第 15 周答辩现在本文作者进行到第 8-10 周内容，在进行基于有限元分析的计算。 三、毕业设计（论文）已完成的研究部分已经完成的内容包括： 第一部分：ANSYS 实体建模环节 ANSYS 实体建模采用的是 APDL 语言，建立不含裂纹缺陷的 1/4 压力容器模型，模型包括球型封头、筒体和等厚焊接对接形式焊缝。对焊缝处采用 Hex-sweep 划分网格， 网格长度设置为 3，其他部位采用 Tec-free 划分，设置网格长度为 5。对焊缝处的网格细化是为了更好的分析焊缝处因为几何不连续产生的应力问题。 第二部分：理论分析远离不连续部位与不连续部位应力 参照过程设备设计（第四版）第二章压力容器应力分析内容，本文研究的高压容器属于薄壁范畴，由无力矩理论得知筒体远离不连续部位的点受处于二向应力状态， 利用微元平衡方程（Laplace 方程）与壳体的区域平衡方程得到所求的环向应力与轴向应力。再利用有力矩理论考虑筒体与封头连接部位的变形协调，计算边缘力与边缘力 矩，从而得出不连续部位的弯曲应力的理论值。为后续与有限元分析结果比对做好了 铺垫。 第三部分：ANSYS 分析不连续部位应力 利用 ANSYS 中后处理的功能对 ANSYS 分析后所得模型的焊缝部位进行处理，具体步骤如下： （1）利用 Path Operation 对焊缝处沿壁厚定义一条路径，名为 PATH-1。 （2）将焊缝处的沿壁厚的应力分布沿定义的路径显示出来。 四、下一部分的工作安排 将 ANSYS 分析得到的应力与第二部分中对不连续处理论计算的应力值进行比较， 看其是否合理，以确保最终进行安全性评定的计算的准确性。 根据 GBT 19624 的 6 疲劳失效评定对该压力容器进行安全性评定。裂纹属于平面缺陷，该缺陷表为半椭圆形。确定应力变化范围与循环次数，也就是第三部分中所得 的薄膜应力与弯曲应力，循环次数是根据实际工况所得。之后利用 Pairs 公式计算应力强度因子。应力强度因子是用来表征裂纹的参量，是一个随裂纹的扩展而变化的值， 所以在计算应力强度因子时需要计算数个，直到裂纹穿透为止或者到循环结束为止， 得到最终的裂纹尺寸。本文对应力强度因子的计算采用的是用 C 语言编写程序，对应力强度因子和裂纹的尺寸进行循环嵌套，进行变化的计算。并且输出每一次裂纹长度变化的计算值，进行裂纹变化与应力循环的分析。 根据 GBT 19624 的 6.1.7 的安全性评价进行评定。安全性评价包含疲劳泄漏评定、疲劳断裂评定和疲劳安全性评价。6.1.7.2 疲劳断裂评价中提到根据最终裂纹尺寸和缺陷所在部位承受的最大载荷应力值进行断裂和塑性破坏评定，如果评定的结果是安全 或可以接受的，则不会发生因疲劳断裂和塑性破坏导致的失效。疲劳安全性评价是基 于前两条的，若同时满足前两条，则认为该缺陷是安全的或可以接受的，否则是不能 保证安全或不可以接受的。 开始毕业论文的书写，初步的草稿编写。 五、毕业设计（论文）工作中存在的问题 （1）ANSYS 软件中的后处理项关于应力沿路径显示及应力线性化的操作方法。 （2） 计算 Q345 材料压力容器裂纹扩展所用的 Paris 公式中参数 c 和 m 的确定。 （3） Q345 材料的冲击韧度 K 的确定。 （4） 压力容器筒体与封头连接部位因几何不连续产生的应力在有力矩理论下的计算