基于压力容器定期检验错边的应力疲劳分析.pdf

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1、４２６化工机械２０１７年基于压力容器定期检验错边的应力疲劳分析１２２骆开军聂印杨明（１．国家能源大规模物理储能技术（毕节）研发中心，２．贵州省特种设备检验检测院）摘要建立压力容器的三维模型，采用有限元法对筒体厚度为１０ｍｍ储气罐进行不同焊接接头对口错边情况下的应力分布以及疲劳分布情况分析。研究表明，焊缝位置的应力值随着对口错边的增加而增大，安全系数随着对口错边的增加而减小，当焊接接头对口错边为４ｍｍ时，焊缝位置的最大应力比焊接接头对口错边为３ｍｍ的应力大３１ＭＰａ。验证了定期检验压力容器将焊接接头对口错边控制在１／３壁厚范围内的必要性，为压力容器定期检验的安全

2、等级评估提供了依据。关键词压力容器焊接接头对口错边应力分布疲劳分布中图分类号ＴＱ０５１文献标识码Ａ文章编号０２５４６０９４（２０１７）０４０４２６０５压力容器作为工业领域广泛应用的承压设的论述，提出了行之有效的计算方法与控制措［６］备，广泛应用于化工、食品、建材、航天、造纸及制施。［１］药等行业。一般情况工作在高压状态下的压笔者主要针对定期检验压力容器过程中经常力容器，一旦失效将发生难以想象的后果，而压力遇见的焊接接头对口错边进行应力疲劳分析，采容器在实际的工作状况下，受力情况复杂多变，对用有限元法对压力容器进行流体场和结构的计［２］应的失效形式也多种多

3、样。因此对压力容器算，重点对不同焊接接口错边对压力容器应力疲进行可靠的疲劳设计、安全校核就显得非常重要。劳进行分析，明确错边参数对压力容器的应力分目前关于压力容器主要有两种设计方法：传统设布规律，为定期检验压力容器的定级提供参考依计和有限元分析设计。传统设计主要是根据强度据。设计准则，通过增加设计的安全系数来保证设备１数学模型的可靠性，无法准确获取压力容器的危险截面或根据流体力学原理，在直角坐标系中流体通［７，８］部位，不能获得工作状态下的应力分布情况。有用控制方程和展开式分别为：限元应力计算是对压力容器在理想工作状态下的ｄｉｖ（ρｕφ）＝ｄｉｖ（Γｇｒａｄφ

4、）＋Ｓ（１）应力分布进行合理的分析，了解压力容器的应力ρｕφ＋ρｖφ＋ρｗφ＝Γφ＋Γφ＋ｘｙｚｘｘｙｙ［３，４］分布情况，找出危险截面。φ众所周知，焊接接头对口错边在压力容器定ｚΓｚ＋Ｓ（２）期检验中经常遇见，但是目前国内外对错边量的式中Ｓ———广义源项；研究比较少。王辉等对超过错边量范围的空气罐ｕ、ｖ、ｗ———速度在ｘ、ｙ、ｚ方向上的分量，ｍ／ｓ；进行应力测试分析，根据错边处的应力状态和水３ρ———流体密度，ｋｇ／ｍ；平、缺陷状况、材料抗裂性能及错边量的大小进行φ———通用变量；［５］综合评价。郭建军研究了压力容器对接焊

5、接ε———能量耗散率；接头对口错边量的控制，对压力容器在下料、卷制Γ———广义扩展系数。及组装等过程中如何控制对口错边量进行了详细第一强度理论即最大主应力理论，认为不管作者简介：骆开军（１９９１），工程师，从事压力容器的检验检测工作。联系人：聂印（１９８６），工程师，从事特种设备的检验检测工作，３６４０１６４６４＠ｑｑ．ｃｏｍ。第４４卷第４期化工机械４２７材料处于什么样的应力状态，只要发生脆性断裂，容器内部的流动，笔者通过分析计算出流体产生都是微单元体内的最大拉应力达到了相同的极的压力，施加在容器的内表面进行静力学分析，为限，使材料开始破坏，强度条件为：了

6、得到准确的流体流动情况，设定以下流体边界（Ｉ）σ＝σ１≤［σ］（３）条件：（Ｉ）其中σ是按第一强度理论计算的应力，又ａ．流体在流动时，不考虑时间对求解控制［９］称应力强度。筒体中的最大主应力σ１为环向方程的影响，流体仿真分析时，求解的数学模型采应力σ，因此有：用湍流模型；ＰＤｂ．入口采用速度边界条件，出口采用压力≤［σ］（４）２Ｓ０边界，除入口与出口外，其余与固体的接触面均视其中，Ｓ为筒体的计算厚度。若考虑焊接等０为无滑移边界。造成强度削弱，引进焊接系数，同时将中间面直容器结构具有轴对称性，因此流场分析时考径Ｄ换算为筒体的内直径，即Ｄ＝Ｄ＋Ｓ，同时考ｉ０虑采

7、用周向的１／２作为模型的求解域。虑腐蚀量Ｃ：３有限元仿真结果ＰＤｉＳｃ＝＋Ｃ（５）笔者的主要目的是分析Ａ类焊缝在不同焊２［σ］－Ｐ接接头对口错边情况下的应力分布以及对口错边第四强度理论为能量理论。认为只要材料的对容器强度与寿命的影响。图２为流体分析的有变形能量达到一定数值，材料就进入破坏，其强度限元网格模型图，图３为压力容器的压力分布图。条件为：ＩＶ１２２２σ＝［（σ－σ）＋（σ－σ）＋（σ－σ）］≤［σ］槡２１２２３３１（６）２模型建立笔者以某化工厂设计压力为０．８ＭＰａ的空气储罐为例进行分析，容器材料Ｑ２４５Ｒ，内径１２００ｍｍ，总高２９４４ｍｍ，出／入

8、口内径８０ｍｍ，封头／筒体壁厚１０ｍｍ