高压深海压力环境模拟装置耐压试验技术研究

《高压深海压力环境模拟装置耐压试验技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、高压深海压力环境模拟装置耐压试验技术研究术黄进浩，邱昌贤，张平平，卞如冈(中国船舶科学研究中心，无锡214082)摘要高压深海压力环境模拟装置一般为中厚壁结构，其耐压试验技术与中低压薄壁结构有一定区别。本文探讨了耐压试验的目的、试验压力的选取建议、试验压力效应处理方法和根据实测应变值的结构三维主应力计算方法。试验实例说明，对于高压深海压力环境模拟装置耐压试验，采用内补偿法测量结构应变，根据应变测量值计算结构内表面应力时，必须计及液压载荷下补偿试块变形引起的应变值，并采用三维主应力计算方法计算结构应力。关键词：高

2、压；耐压试验；压力效应；三维主应力中图分类号：U661．2文献标识码：AI引言最近一段时间以来，为了满足深海高技术的发展需求，多台高压深海压力环境模拟装置被提上了研制日程或已经被研制出来，其设计压力一般达到80MPa-90MPa，甚至超过IOOMPa。由于我国在高压试验装置的生产制造方面的经验尚少，为了验证设计、生产制造的可靠性，高压深海压力环境模拟装置主体结构(一般为球封头圆柱壳结构)制造完成后都要进行耐压试验。目前深海压力环境模拟装置主体耐压结构的设计、制造、检验还没有具体的标准。由于其主体结构和压力容器相

3、似，主要是圆柱壳结构、球形结构或两者的结合体，因此一般主要参考压力容器的相关标准来进行设计、制造和检验。与一般的低压薄壁结构不同，高压深海压力环境模拟装置的主体耐压结构有两个主要特点：一是其设计压力高，二是其结构一般为高强度材料中厚壁结构，这导致了其耐压试验时的试验压力选取、结构强度测量数据处理方法和常规较多进行的低压薄壁结构耐压试验时有了一定的区别，本文就深海压力环境模拟装置主体结构的耐压试验有关技术进行分析，为耐压试验的开展、数据处理分析等提供参考。2压力范围划分容器的压力范围是为了安全管理需要人为划定的。

4、我国《固定式压力容器安全技术监察规程》【1】对高压范围的划分是IOMPa__lOOiPa乐J属于超高压范围，其中P为设计压力。国内外压力容器标准一般不对压力范围作出明确划分，只是对各自的使用范围作出限定。我国压力容器设计标准GB15012]限定适用于P95MPa，其采用弹性失效准则且采用最大主应力理论。JB4732《钢制压力容器．分析设计标准》口1限定适用于P<100MPa，以分析设计为基础，设计方+项目：国家高科技研究发展计划(863)计划项目资助(编号：20IlAA09A103)法

5、以弹性应力分析和塑性失效准则、弹塑性失效准则为基础，对各种应力及其组合所持的强度理论是最大剪应力理论。我国的《超高压容器安全监察规程》【4】对超高压容器(压力范围在100一1000MPa之间)的材料、结构、设计、制造、使用、管理、检验和安全附件等问题提出了安全方面的明确要求和规定，是对在役超高压容器进行监察和检验的依据。它采用爆破失效准则进行设计计算。美国在ASMEⅧ．1【51《压力容器建造规则》中规定，该规则是基于所设计容器的压力不超过3000psi(21MPa)所使用的设计原理和建造实践而制定的。当压力超过

6、3000psi时，需要变更和增补该规则，并应用了这些增加的设计原理和建造实践后，容器仍能满足该规则所有要求时，容器也可打上适合的规范标志钢印。该规则主要采用弹性失效准则并采用最大主应力理论。而ASMEⅧ．2【6】《压力容器建造另一规则》规定，该规则的适用范围是根据制定该规则以公式形式表示的规则时所考虑的部件及其参数确定的，该规则不直接规定压力范围，但并不包括所有的结构形式。同时又规定，当压力超过10000psi，宜考虑ASMEⅧ一3高压容器建造规则。该规则2007年前采用最大剪应力理论，2007年开始，按规则设

7、计部分仍采用最大剪应力理论，而按分析设计的部分采用最大畸变能理论。ASMEⅧ一3【7】规定，该规则制定了设计压力超过10kpsi(70MPa)金属压力容器的设计、建造、检验和超压保护要求。但它既不规定Ⅷ．1和Ⅷ．2的压力上限，也不规定Ⅷ一3的压力下限。由于高压容器总为高压、厚壁且一般采用高强度钢，应力沿器壁不均匀，经常出现内壁屈服，故按未爆先漏的塑性失效准则设计，以器壁全屈服的压力作为极限压力，并引入相应的安全系数后作为允许的工作压力。本文参考GB150的适用范围，将大于35MPa的压力视为高压。3耐压试验目的

8、经典的弹塑性理论假设结构的材料是无缺陷的均匀连续的弹性体。对于满足该假设的结构，当其按规范或参考规范设计制造出来，其强度是有保证的，也就无需用耐压试验来验证其强度安全性瞄J。然而，理想弹性连续体假设在实际容器结构建造过程中是无法满足的。在材料冶炼和轧制、结构的焊接过程中，各种形式的缺陷不可避免地会产生，使容器成为带有初始缺陷的结构。缺陷的存在，使容器在受到压力时，在缺陷附近引起明显的应