基于最大载荷的在用含未焊透缺陷压力管道安全性分析

论文摘要

未焊透缺陷是一种形状极不规则的焊接缺陷,普遍存在于工业压力管道中,给企业和社会带来潜在危险,因此开展对含未焊透缺陷压力管道的安全性分析具有重要的学术意义和应用价值,而国内外对此研究较少。本文主要针对含未焊透缺陷工业压力管道塑性失效载荷的确定、最大载荷的工程估算、未焊透缺陷工程简化方法以及安全评定曲线的建立等关键技术进行了系统的理论分析、数值计算及试验验证,取得的主要研究成果如下:(1)鉴于国内外确定含缺陷承压设备塑性失效载荷比较混乱的现状,本文提出了在“合乎使用”缺陷评定中,含未焊透缺陷工业压力管道安全评定中宜以最大载荷作为塑性失效载荷。同时将失效评定技术中塑性失效载荷估算方法(流变应力极限分析法)推广到含未焊透缺陷工业压力管道塑性失效载荷计算中,克服了用弹塑性有限元计算最大载荷的复杂性和只适用于特定材料的局限性,该方法能得到在保证安全的前提下尽可能挖掘其承载能力的计算结果。(2)提出了未焊透缺陷根部形貌规则化和塑性失效载荷计算相结合的未焊透缺陷简化方法,为缺陷的工程简化提供理论依据,对含未焊透缺陷压力管道安全性分析研究具有重要的工程意义。(3)引入了用流变应力比值表示的等效匹配系数,实现了不等匹配下含未焊透缺陷压力管道塑性失效载荷的计算。同时获得了综合考虑管径比、未焊透深度尺寸、环向尺寸以及焊缝与母材匹配系数的含未焊透缺陷压力管道的塑性失效内压、塑性失效弯矩工程拟合公式。(4)通过对1029个计算模型的有限元计算和无量纲化处理,建立了等匹配和不等匹配条件下的内压弯矩组合载荷下的含未焊透缺陷压力管道安全评定曲线,并拟合获得安全评定参数与匹配系数的关系;同时开展了对模拟管件试验研究,对计算模型有限元结果进行试验验证。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外压力管道缺陷评定技术
• 1.2.1 英国CEGB R/H/R6《含缺陷结构完整性的评定标准》
• 1.2.2 美国ASME规范IWB-3640和IWB-3650评定方法
• 1.2.3 局部减薄缺陷的塑性失效评定方法
• 1.2.4 简化因子评定方法
• 1.3 压力管道塑性失效载荷的研究现状
• 1.3.1 压力管道发生塑性失效的过程
• 1.3.2 塑性失效载荷数值模拟方法
• 1.3.3 确定塑性失效载荷的方法研究
• 1.3.4 已有文献确定塑性失效载荷的方法
• 1.4 存在问题及本文研究内容
• 1.4.1 存在问题
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 安全评定中宜以最大载荷作为塑性失效载荷
• 2.1 引言
• 2.2 “合乎使用”缺陷评定中塑性失效载荷的确定
• L作为塑性失效载荷'>2.2.1 极限载荷F_L作为塑性失效载荷
• P作为塑性失效载荷'>2.2.2 塑性载荷F_P作为塑性失效载荷
• max作为塑性失效载荷'>2.2.3 最大载荷F_max作为塑性失效载荷
• 2.3 压力管道塑性失效载荷有限元计算
• 2.3.1 计算模型的建立及材料性能数据
• 2.3.2 载荷和边界条件的确定
• 2.3.3 非线性分析的设置和塑性失效载荷的求解
• 2.4 内压下的压力管道塑性失效载荷计算案例
• 2.4.1 无缺陷压力管道爆破压力计算案例
• 2.4.2 含缺陷压力管道爆破压案例
• 2.5 弯矩下的压力管道塑性失效载荷计算案例
• 第3章 压力管道最大载荷的工程估算法
• 3.1 失效评定图中最大载荷估算法
• 3.2 真实流变应力的定义及应用
• 3.3 压力管道最大载荷估算法的可行性验证
• f0的计算结果'>3.3.1 各结构真实流变应力σ_f0的计算结果
• 3.3.2 流变应力估算压力管道最大载荷的可行性评价
• 第4章 压力管道中未焊透缺陷工程简化方法
• 4.1 未焊透根部形貌特征及简化
• 4.2 影响塑性失效载荷的主要几何参数
• 4.2.1 缺口根部曲率半径对塑性失效载荷的影响
• 4.2.2 缺陷根部形貌对塑性失效载荷的影响
• 4.3 未焊透缺陷的工程简化
• 第5章 含未焊透缺陷压力管道安全性分析研究
• 5.1 无缺陷压力管道失效载荷的数值验证
• 5.2 等效匹配系数的定义
• 5.3 含未焊透缺陷压力管道失效载荷数值计算
• 5.3.1 影响失效载荷的因素简化
• 5.3.2 计算方案及计算结果
• 5.4 含未焊透压力管道失效载荷计算结果分析
• 5.4.1 计算模型的失效分析
• 5.4.2 各因素影响规律分析
• 5.5 含未焊透缺陷压力管道安全评定曲线的建立
• 5.5.1 单一载荷下失效载荷的工程估算式
• 5.5.2 等匹配下的安全评定曲线建立
• 5.5.3 不等匹配下的安全评定曲线建立
• 5.5.4 含未焊透缺陷工业压力管道安全性分析过程
• 5.6 压力管道塑性失效载荷的试验研究
• 5.6.1 含未焊透缺陷压力管道的试样制作
• 5.6.2 试验平台及试验过程
• 5.6.3 失效载荷的确定及验证
• 第6章 总结
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 在读期间发表（录用）论文和所获荣誉