發(fā)布時間：2017-04-23 17:07

  本文關(guān)鍵詞：壓力容器焊接接頭疲勞評定方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：疲勞設(shè)計是壓力容器設(shè)計方法研究的一個重要領(lǐng)域。近年來,EN13445-3及ASME Ⅷ-2在疲勞設(shè)計中逐漸區(qū)分焊接區(qū)域與非焊接區(qū)域,先后單獨給出了焊接接頭疲勞評定方法,但國內(nèi)鮮見有關(guān)介紹及研究。同時,我國JB4732標(biāo)準(zhǔn)仍沿用傳統(tǒng)的疲勞減弱系數(shù)來考慮焊接疲勞影響,設(shè)計人員進(jìn)行疲勞評定時也很少關(guān)注焊接區(qū)域。JB4732的修訂工作已經(jīng)啟動,焊接接頭疲勞評定問題則是關(guān)注的重點之一。為探討我國是否應(yīng)提出新的焊接疲勞評定方法以及具體采用何種方法,有必要首先對EN 13445、ASME Ⅷ-2及JB4732中各方法的關(guān)鍵技術(shù)、安全裕度、評定差異等進(jìn)行系統(tǒng)研究。為對JB4732修訂工作提供支撐,本文圍繞壓力容器焊接接頭疲勞評定這一主題,開展了以下基礎(chǔ)性研究工作：1)通過調(diào)研大量標(biāo)準(zhǔn)釋義及原始文獻(xiàn),首次對ASME Ⅷ-2及JB4732疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)法、EN 13445熱點應(yīng)力法、ASME Ⅷ-2主S-N法進(jìn)行全面回顧,對各方法的理論來源、應(yīng)力參量選取、疲勞曲線、厚度及平均應(yīng)力修正、安全系數(shù)等關(guān)鍵問題進(jìn)行了清晰梳理,整理出實施流程圖,并從疲勞驅(qū)動力和疲勞抗力角度進(jìn)行綜合比較。分析認(rèn)為,三種方法本質(zhì)上都屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力法,其中疲勞減弱系數(shù)法最便于工程普及,但疲勞減弱系數(shù)的使用缺乏理論依據(jù)；EN13445使用真實焊接疲勞曲線,且區(qū)分焊趾與焊根失效,評定體系最為完善；基于斷裂力學(xué)的主S-N法考慮了厚度和載荷模式影響,理論嚴(yán)謹(jǐn)。2)對焊接疲勞評定中的關(guān)鍵問題—應(yīng)力參量計算進(jìn)行研究。以存在應(yīng)力奇異的角接接頭模型為例,考察基于不同方法的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度計算結(jié)果對有限元網(wǎng)格的敏感性。分析表明,應(yīng)用應(yīng)力積分法時節(jié)點應(yīng)力平均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力偏小,應(yīng)選取焊趾前側(cè)的單元應(yīng)力進(jìn)行計算,并選用高階縮減積分單元以降低網(wǎng)格敏感性；節(jié)點力法對單元類型及網(wǎng)格大小均不敏感,即使沿壁厚劃分一層仍能得到正確的結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果；外推公式對熱點應(yīng)力計算結(jié)果影響不大,但單元類型及尺寸的影響較大；應(yīng)力奇異時某些應(yīng)力分量不滿足平衡條件,應(yīng)通過“有效線性化區(qū)域”外推得到一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度。在上述結(jié)論基礎(chǔ)上,針對有限元建模及應(yīng)力計算給出相關(guān)建議。3)對搜集的數(shù)百個真實容器焊接接頭疲勞數(shù)據(jù)進(jìn)行重新處理及統(tǒng)計分析,利用試驗數(shù)據(jù)對各評定方法的評定差異、安全裕度及壽命預(yù)測準(zhǔn)確性幾方面進(jìn)行分析評價,并對各方法可能存在的問題做嘗試性探討。分析結(jié)果表明,ASME疲勞減弱系數(shù)法在低周疲勞階段安全裕度充足,但其疲勞曲線高周部分不適用于焊接接頭,疲勞減弱系數(shù)值存疑；EN13445對接頭失效的預(yù)測最為準(zhǔn)確,但0.4%的失效概率表明EN13445僅考慮與數(shù)據(jù)分散性相關(guān)的安全裕度對于壓力容器的安全運(yùn)行稍顯不足,且其疲勞極限偏高；主S-N法疲勞曲線的回歸標(biāo)準(zhǔn)差偏小,評定結(jié)果十分不安全,對厚度效應(yīng)的定量分析表明其厚度修正項可能高估了薄板焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。4)給出了我國JB4732標(biāo)準(zhǔn)中焊接接頭疲勞評定方法的若干修訂建議。
【關(guān)鍵詞】：焊接疲勞評定 應(yīng)力參量計算 網(wǎng)格敏感性 疲勞曲線 安全裕度
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.5;TG407
【目錄】：

• 致謝5-7
• 符號說明7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-18
• 1 緒論18-26
• 1.1 研究背景18-19
• 1.1.1 容器的疲勞破壞18
• 1.1.2 焊接對疲勞強(qiáng)度的影響18-19
• 1.2 焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度研究現(xiàn)狀19-23
• 1.2.1 名義應(yīng)力法19-20
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力法20-21
• 1.2.3 有效缺口應(yīng)力法21-22
• 1.2.4 斷裂力學(xué)法22
• 1.2.5 局部法22-23
• 1.3 本文研究內(nèi)容23-25
• 1.3.1 研究意義23-24
• 1.3.2 研究內(nèi)容及方法24-25
• 1.4 技術(shù)路線圖25-26
• 2 壓力容器規(guī)范中的焊接接頭疲勞評定方法26-40
• 2.1 ASM Ⅷ-2及JB4732疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)法26-29
• 2.1.1 概述26-27
• 2.1.2 疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)27-28
• 2.1.3 疲勞設(shè)計曲線28
• 2.1.4 實施步驟28
• 2.1.5 優(yōu)勢和局限28-29
• 2.2 EN13445焊接疲勞評定29-33
• 2.2.1 應(yīng)力參量的選取30
• 2.2.2 疲勞設(shè)計曲線30-32
• 2.2.3 實施步驟32
• 2.2.4 優(yōu)勢和局限32-33
• 2.3 ASME Ⅷ-2等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法33-39
• 2.3.1 基本原理34-35
• 2.3.2 主S-N曲線35-37
• 2.3.3 ASME規(guī)范對等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法的調(diào)整37
• 2.3.4 實施步驟37
• 2.3.5 優(yōu)勢和局限37-39
• 2.4 各標(biāo)準(zhǔn)中焊接疲勞評定方法的總結(jié)比較39-40
• 3. 疲勞分析中應(yīng)力參量的計算40-58
• 3.1 引言40
• 3.2 應(yīng)力參量計算方法40-43
• 3.2.1 基于應(yīng)力積分的結(jié)構(gòu)應(yīng)力40
• 3.2.2 表面外推熱點應(yīng)力40-41
• 3.2.3 基于節(jié)點力的結(jié)構(gòu)應(yīng)力41-43
• 3.3 應(yīng)力參量對有限元網(wǎng)格劃分的敏感性分析43-56
• 3.3.1 分析模型43-45
• 3.3.2 模型的應(yīng)力奇異性45-46
• 3.3.3 基于應(yīng)力積分與基于節(jié)點力的結(jié)構(gòu)應(yīng)力法比較46-52
• 3.3.4 外推方法及網(wǎng)格劃分對外推熱點應(yīng)力的影響52-53
• 3.3.5 應(yīng)力強(qiáng)度P_L+P_b+Q的網(wǎng)格敏感性探討53-56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 4. 焊接接頭疲勞評定方法安全裕度分析58-86
• 4.1 引言58
• 4.2 平封頭與筒體角接接頭的疲勞安全裕度58-71
• 4.2.1 試驗描述59-60
• 4.2.2 有限元分析模型60-61
• 4.2.3 應(yīng)力及疲勞壽命計算61-65
• 4.2.4 安全裕度分析65-69
• 4.2.5 焊接接頭疲勞的厚度效應(yīng)探討69-71
• 4.3 對接接頭的疲勞安全裕度71-81
• 4.3.1 試驗數(shù)據(jù)來源71-73
• 4.3.2 試驗數(shù)據(jù)處理73-76
• 4.3.3 安全裕度分析76-81
• 4.4 不同標(biāo)準(zhǔn)中的焊接疲勞曲線比較81-84
• 4.4.1 ASME與EN1344582-83
• 4.4.2 主S-N法與EN1344583-84
• 4.5 本章小結(jié)84-86
• 5 總結(jié)與展望86-90
• 5.1 總結(jié)86-87
• 5.2 展望87-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 附表96-102
• 作者簡介及在讀期間科研成果102

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  本文關(guān)鍵詞：壓力容器焊接接頭疲勞評定方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：322725