基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法技术

基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，包括以下步骤：(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数；(2)基于双关键点求解等效屈服强度；(3)基于等效屈服强度求解钢制压力容器的极限承载力。该方法仅根据双关键点信息，便可准确快速地计算等效屈服强度，进而求解钢制压力容器的极限承载力，克服了目前计算极限承载力需基于全本构曲线而带来的计算参数要求严格、计算过程复杂、工程应用不便的问题，为钢制压力容器的极限承载力求解提供了实用便捷的求解方法。

Ultimate load analysis method of steel pressure vessel based on two critical points of yield strength and tensile strength

The analysis method of ultimate bearing capacity of steel pressure vessels the yield strength and tensile strength of double key point based, including the following steps: (1) the geometric parameters, the elastic modulus and the double key point to obtain the parameters of pressure vessel; (2) two key points based on the equivalent yield strength; (3) the ultimate bearing capacity of the equivalent yield strength for steel pressure vessels based on. The method only according to the two key points of information, can quickly and accurately calculate the equivalent yield strength, ultimate bearing capacity and solve the steel pressure vessel, the calculation of limit calculation parameters and constitutive curve based on the strict requirements of the whole complex calculation process and engineering application of the inconvenience of carrying capacity, provide a solution method practical and convenient for the ultimate bearing capacity of steel pressure vessels for.

【技术实现步骤摘要】
基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法
本专利技术涉及一种钢制压力容器极限承载力分析方法，具体是一种基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法。
技术介绍
极限承载力是钢制压力容器结构设计和安全评估的重要指标，钢材应变硬化效应会对钢制压力容器极限承载力求解结果造成显著的影响，一些压力容器设计规范已要求需考虑材料应变硬化进行结构设计与安全评估，以充分发挥钢材的承载能力。因而有必要开展考虑材料应变硬化的钢制压力容器极限承载力计算方法研究，以经济合理地进行压力容器设计和安全评估。目前在钢制压力容器极限承载力计算中考虑材料应变硬化的方法大致可分为解析法与数值法。解析法通常假定材料不可压缩、符合简化材料本构模型，基于塑性全量理论求解极限承载力，但这种方法往往只适用于简单压力容器和简单本构模型的分析中，不能普遍适用于钢制压力容器的极限承载力分析。数值法通常需要根据材料应变硬化全过程曲线建立钢材本构模型，进而结合增量加载和钢材本构模型，模拟钢制压力容器的弹塑性屈服、硬化至破坏过程，求解极限承载力。然而，该类方法首先需要获得材料应变硬化全过程曲线，其次需要通过密集采样得到能表征应变硬化全过程曲线的钢材本构模型，然后将钢材本构模型全曲线信息代入非线性有限元分析中求解钢制压力容器极限承载力。因而，现有数值法存在计算参数要求严格、计算过程复杂、工程应用不便的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法。仅需要双关键点的信息，就能准确、快速地得到考虑材料应变硬化效应的等效屈服强度，进而得出钢制压力容器极限承载力，在保证计算精度的同时简化了计算过程、方便了应用，为钢制压力容器极限承载力求解提供了实用便捷的求解方法。本专利技术通过以下技术方案实现上述目的：基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，包括以下步骤：(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数获取压力容器的几何参数、弹性模量、以及屈服强度和抗拉强度双关键点参数。(2)基于双关键点求解等效屈服强度基于步骤(1)获得的双关键点参数，计算等效屈服强度：式中：为等效屈服强度、σf为抗拉强度、σy为屈服强度、E为弹性模量、n为硬化指数。(3)基于等效屈服强度求解钢制压力容器的极限承载力将步骤(2)中求得的等效屈服强度代入有限元软件的结构分析模块，求解压力容器的极限承载力。所述的硬化指数，其计算模型为：式中：n为硬化指数、σf为抗拉强度、σy为屈服强度。本专利技术运用有限元分析软件分析钢制压力容器极限承载力，需预先在个人计算机中安装此类软件。本专利技术的突出优点在于：首次提出了基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，无需通过试验获取全曲线数据，只需采集材料的双关键点信息，便可准确快速地求得钢制压力容器的极限承载力，并且拥有良好的计算精度，为钢制压力容器极限承载力求解提供了实用便捷的求解方法。附图说明图1为实施例1中压力容器结构的有限元网格；图2为实施例2中压力容器结构的有限元网格；具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。实施例中压力容器极限承载力分析通过ANSYS有限元分析软件进行，需预先在个人计算机中安装此软件。实施例1本实施例为基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法的具体实例，包括以下步骤：(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数：某压力容器的几何参数和弹性模量如表1所示，双关键点参数如表2所示。表1几何参数和弹性模量表2双关键点参数双关键点参数屈服强度抗拉强度数值324.00MPa460.00MPa(2)基于双关键点求解等效屈服强度基于步骤(1)获得的双关键点参数，计算等效屈服强度：其中，硬化指数n为：式中：n为硬化指数、σf为抗拉强度、σy为屈服强度。(3)基于等效屈服强度求解钢制压力容器的极限承载力将步骤(2)中求得的等效屈服强度代入ANSYS的结构分析模块，建立的压力容器结构的有限元网格如图1所示，采用壳单元shell181模拟，对该容器进行承受均布内压下的极限承载力分析，求解得到该压力容器的极限承载力为8.46MPa。为了分析本方法的准确性，将本方法求解得到的该压力容器极限承载力与实测值进行对比，结果如表3所示。表3压力容器的结构极限承载力本方法计算值实测值误差8.46MPa8.75MPa3.31％由表3可见，本方法的计算值与试验值之间仅有3.3％的误差，具有良好的计算精度，且仅根据双关键点参数就能求解出该压力容器的极限承载力，不需要通过试验获得材料完整硬化本构曲线，大大简化了计算过程，便于实际应用。实施例2本实施例为基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力的又一具体实例，包括以下步骤：(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数：某压力容器的筒体和接管采用不同材料，筒体的几何参数和弹性模量如表4所示，筒体的双关键点参数如表5所示，接管的几何参数和弹性模量如表6所示，接管的双关键点参数如表7所示。表4筒体的几何参数和弹性模量表5筒体的双关键点参数双关键点参数屈服强度抗拉强度数值316.00MPa472.00MPa表6接管的几何参数和弹性模量参数接管直径接管高度接管厚度弹性模量数值133mm300mm4.3mm202GPa表7接管的双关键点参数双关键点参数屈服强度抗拉强度数值332.00MPa490.00MPa(2)基于双关键点求解等效屈服强度基于步骤(1)获得的筒体的双关键点参数，计算得到筒体的等效屈服强度为437.78MPa；基于步骤(1)获得的接管的双关键点参数，计算得到接管的等效屈服强度为455.19MPa。(3)基于等效屈服强度求解钢制压力容器的极限承载力将步骤(2)中求得的筒体的等效屈服强度和接管的等效屈服强度代入ANSYS的结构分析模块，建立的压力容器结构的有限元网格如图2所示，采用壳单元shell181模拟，对该容器进行承受均布内压下的极限承载力分析，求解得到该压力容器的极限承载力为13.08MPa。为了分析本方法的准确性，将本方法求解得到的该压力容器极限承载力与实测值进行对比，结果如表8所示。表8压力容器的结构极限承载力本方法计算值实测值误差13.08MPa12.50MPa4.62％由表8可见，对于两种材料组成的较复杂钢制压力容器，本方法依然能够保持较高的计算精度，与实测值的误差仅为4.62％，证明本方法在应用于复杂结构时也具有良好的计算精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数获取压力容器的几何参数、弹性模量、以及屈服强度和抗拉强度双关键点参数，(2)基于双关键点求解等效屈服强度基于步骤(1)获得的双关键点参数，计算等效屈服强度：

【技术特征摘要】
1.基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数获取压力容器的几何参数、弹性模量、以及屈服强度和抗拉强度双关键点参数，(2)基于双关键点求解等效屈服强度基于步骤(1)获得的双关键点参数，计算等效屈服强度：

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，叶征远，陈正，张阳，李伟，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45