压力容器疲劳分析

原创 胡伟明  2020-04-07 20:56:00  阅读 350 次 评论 0 条
摘要:

疲劳分析对于承受周期性工况变化(交变载荷)的压力容器,首先应判断其是否应按疲劳容器设计。因为疲劳容器的破坏机理与常规容器不同,用常规方法设计疲劳容器不能保证容器的安全。破坏原因疲劳容器的破坏是由于容器壁内的峰值应力区在交变载荷作用下失去安定,最终导致疲劳裂纹产生并不断扩展的结果。因此,疲劳分析的出发点就是控制峰值应力。设计要解决的也就是尽可能降低由于局部热应力以及局部结构不连续、材料和制造缺陷等引起的应力集中,并把峰值应力限制在疲劳强度设计曲线允许的范围内。但是疲劳分析是建立在应力分析的基础之上

疲劳分析

对于承受周期性工况变化(交变载荷)的压力容器,首先应判断其是否应按疲劳容器设计。因为疲劳容器的破坏机理与常规容器不同,用常规方法设计疲劳容器不能保证容器的安全。

破坏原因

疲劳容器的破坏是由于容器壁内的峰值应力区在交变载荷作用下失去安定,最终导致疲劳裂纹产生并不断扩展的结果。因此,疲劳分析的出发点就是控制峰值应力。设计要解决的也就是尽可能降低由于局部热应力以及局部结构不连续、材料和制造缺陷等引起的应力集中,并把峰值应力限制在疲劳强度设计曲线允许的范围内。但是疲劳分析是建立在应力分析的基础之上,计算工作量很大,而且不是所有承受交变载荷的容器都会发生疲劳破坏,因此,分析设计规定,当满足一定条件时,承受交变载荷的容器可免作疲劳分析,显然,免作疲劳分析的条件应该是与交变载荷大小、循环次数、材料性质以及结构应力集中的程度等因素有关。

免做疲劳分析

为了便于应用,常以交变载荷的循环次数作为判据,并从偏于保守的角度作出规定。例如,JB 4732规定,对于整体结构且采用常温抗拉强度Rm≤550MPa钢材时,若下列4条中总循环次数不超过1000次,容器整体部位可以不作疲劳分析。

1:包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计(设计)循环次数。

2:压力波动范围超过设计压力值20%的工作压力循环的预计(设计)循环次数。

3:容器上包括接管在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数,这里的有效次数是指金属温差波动的循环次数乘以下表系数值之积的和(可视为“当量循环次数“)。

金属温差波动系数.png

4:由热膨胀系效不同的材料组成的部件(包括焊缝),当(α1-α2)ΔT>0.00034时的温度波动循环次数,其中α1与α2是两种材料的平均线胀系效,ΔT为工作时温度总波动范围(可视为“当量循环次数”)。


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