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含凹坑缺陷压力容器安全评定方法的研究

 凹坑是最常见的压力容器体积性缺陷。本课题是通过大量的极限与安全性数值分析和实验测试,全面地、系统地、深入地研究球形、椭球形、长条形等各种凹缺陷对平板、球形容器和圆筒性容器等典型结构的应力分布,塑性区扩展过程,失效模式及极限与安全性载荷的影响,给出了一系列极限与安全性载荷计算图表与拟合公式,并提出了在役压力容器的免于评定条件和工程评定方法。
  本课题从工程应用出发,提出三种可大幅度减少计算规模的极限与安全性分析方法,从而使大量带凹坑容器的分析计算成为可能。
  主要成果有以下几项:
  (1) 提出了结构极限与安定性上、下限的降低直接叠代法,无搜索直接叠代法和温度参数法。这些算法共同特点是:运算速度快、效率高、收敛性与稳定性好、精度可靠、大幅度减小了计算规模,较好地解决了安定性理论和极限分析的实际衫问题。此外,还实现了应用ANSYS,通过程度计算带凹坑容器极限载荷的全自动前处理功能。
  (2) 通过等参加权、染色处理、镜射拼装等技术以及对凹坑缺陷尺寸和形状的判别,实现了含凹坑缺陷结构理想网络单元的智能化选择与有限元数据的全自动生成;通过理论分析和初步试算,进行凹坑多影响因素(次要影响因素)偏保守的工程化简,减少计算工作量。
  (3) 通过大量理论计算和实验测试全面、系统、深入研究凹坑对平板球壳、圆筒壳等结构极限与安定性载荷的影响,并将新有计算数据进行拟合处理,给出一系列的极限载荷计算公式。此外,在讨论承受内压的带凹坑容器的极限载荷、安全性载荷及两倍的弹性极限载荷三者间相互关系的基础上,进一步明确用弹性应力集中系数和承载净截面削弱法分别估算结构安定性载荷与极限载荷的适用范围。
  (4) 应用塑性极限与安定性准则,提出了对带凹坑缺陷的压力容器的免于评定条件和工程评定方法。
  上述研究成果,适用于对压力容器各种表面或近表面的面型缺陷和体积型缺陷,打磨消除后形成的凹坑缺陷进行安全评定。评定后,可以“解放”了一大批超标缺陷,避免了不必要的设备报废、返修和停产损失。要指出的是:本课题研究主要集中于薄壁球形和圆筒形压力容器的体积型缺陷。