一种基于寿命的超高压容器疲劳强度设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于寿命的超高压容器疲劳强度设计方法。本方法首先进行初步结构设计；然后依据剪应力最小原理进行自增强处理优化设计；再利用有限元软件计算得到最大局部等效应力，与设计疲劳强度比对，满足则根据设计压力和材料疲劳裂纹扩展的门槛值计算最小初始疲劳裂纹长度；利用材料断裂韧性确定最大疲劳裂纹长度，并基于疲劳裂纹扩展试验数据建立精确的描述方程；在此基础上进行迭代计算，判断是否满足疲劳设计寿命，满足则完成结构设计。本发明专利技术考虑了超高压容器制造和运行过程中存在的多种风险因素，在设计阶段加以控制，并依托现代数值计算技术给出疲劳设计寿命，较传统的弹塑性设计方法更为安全，较现行的断裂力学设计方法更为准确合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力容器设计领域，涉及一种基于寿命的超高压容器疲劳强度设计方法。
技术介绍
工业上通常把操作压力在100MPa以上的容器称为超高压容器，目前已用于石油化工、人造水晶、粉末冶金、金属成型、食品处理等
，随着人们对超高压技术认知的拓展，其应用前景将更为广泛。由于超高压容器通常在极为苛刻的条件下运行(如超高压聚乙烯反应器的压力可高达350MPa，温度可高达350℃等)，且内部为易燃易爆物质，一旦失效往往并发火灾、环境污染等灾难性事故，严重影响社会经济和人民生命财产安全，因此，其可靠性至关重要。关于超高压容器设计方面，美国和日本等工业发达国家开展了大量的研究工作，并积累了丰富的经验，且颁布了相关设计标准，典型的如美国ASMEⅧ-3“高压容器建造的另一规程”和日本HPIS C-103“超高压圆筒容器设计指针”。目前我国已经在消化吸收国外先进技术基础上，通过自主研发形成了TSG R0002-2005“超高压容器安全技术监察规程”，但尚未建立相关的设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于寿命的超高压容器疲劳强度设计方法，其特征在于包括以下步骤：S1、明确超高压容器的服役压力和温度要求，以及所用材料的疲劳性能数据；S2、根据弹塑性力学理论，进行初步结构设计；S3、依据剪应力最小原理，对完成初步结构设计的超高压容器进行自增强处理优化设计；S4、利用通用有限元软件，对完成步骤S3得到的超高压容器的设计结构开展应力分析，得到超高压容器结构的应力分布状况；S5、将步骤S4中得到的应力分析结果换算成等效应力，找出超高压容器结构的最大局部等效应力值；S6、将步骤S5中的最大局部等效应力值与所用材料的疲劳性能数据进行比对，当最大局部等效应力值大于所用材料的疲劳性能数据时，返回步骤S2...

【技术特征摘要】
1.一种基于寿命的超高压容器疲劳强度设计方法，其特征在于包括以
下步骤：
S1、明确超高压容器的服役压力和温度要求，以及所用材料的疲劳性能
数据；
S2、根据弹塑性力学理论，进行初步结构设计；
S3、依据剪应力最小原理，对完成初步结构设计的超高压容器进行自增
强处理优化设计；
S4、利用通用有限元软件，对完成步骤S3得到的超高压容器的设计结
构开展应力分析，得到超高压容器结构的应力分布状况；
S5、将步骤S4中得到的应力分析结果换算成等效应力，找出超高压容
器结构的最大局部等效应力值；
S6、将步骤S5中的最大局部等效应力值与所用材料的疲劳性能数据进
行比对，当最大局部等效应力值大于所用材料的疲劳性能数据时，返回步骤
S2，否则直接进入步骤S7；
S7、根据步骤S5的最大局部等效应力值、所用材料的疲劳裂纹扩展门
槛值和断裂力学理论，计算最小初始疲劳裂纹长度计算公式如下：
a0min=1π(ΔKthY·Δσeqmax)2]]>式中：为最小初始疲劳裂纹长度，m；
ΔKth为所用材料的疲劳裂纹扩展门槛值，MPam1/2；
是依据步骤S4的有限元分析获得的最大等效应力范围，MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，聂德福，范志超，危书涛，许明，汪睿，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34