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應變強化對壓力容器安全裕度的影響效果初探

  
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?本文通過試件拉伸試驗和圓筒容器的有限元模擬方法,探究加載路徑和預應變量兩個元素對應變強化容器塑性的失穩壓力的影響。結果顯示:加載路徑這一元素試件以及圓筒容器的極限承載能力具有較小的影響。對壁厚為1.02到1.10范圍內的容器,壁厚對預變后容器的塑性失穩壓力的影響甚小。同時考慮容器的塑性變形以及材料的強化效應的改變情況,大約4%到12%的試件和容器的最小安全裕度會有常規的4.76降低到2.21。本次研究得到的最小安全裕度和國外相關的標準一致,這說明應變強化后容器仍然具有相對較高的安全裕度。
? ? 對于壓力容器而言,在設計的過程中不僅要考慮其安全性能,同時還要考慮它的經濟可行性。應變強化技術作為一種新的技術,將其應用到壓力容器的設計中,雖在一定程度上降低了容器材料的部分塑性,但是其也在一定程度上提高了材料的屈服強度。應用應變強化及時之后,壓力容器的壁厚就會得到大大的降低,這不僅能夠降低容器的重量,最重要的是能夠有效的提高材料的利用效率,提高壓力容器設計的經濟可行性。但是經過這個過程后,容器的整體外形就會發生明顯的塑性變形,關鍵是在應變后的容器設計環節中,設計的尺寸等數據因素卻和應變前的數據一致,忽略了這些工作環節對材料安全預度的影響,給壓力容器的工作環節中埋下了巨大的安全隱患。
? ? 2.應變強化路徑對壓力容器塑性失穩性的影響
? ? 2.1不同情況的加載路徑試件的預拉伸試驗以及結果的數據分析
? ? 本次試驗選取的試驗對象是四個完全相同的06Gr19Ni0奧式體不銹鋼材料,并且對其分別標號為去a、b、c、d,然后對試驗材料的矩形截面試件分別進行各應路徑的預拉伸試驗,a材料試件進行拉伸程度為斷裂,b、c、d材料分別采用不同的拉伸力對其拉伸,使得材料試件發生部分塑性變形、卸載恢復、再拉伸直至材料斷列裂,通過實驗后比較各試件在不同預應變下的拉伸承載能力,實驗結果如下所示:
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試件編號試件的厚度(mm)第一次加載載荷(KN)卸載后參與應變試件拉伸最大負荷與試件初始截面積比值(MPa)
a6.00798.25
b6.0086.980.10779.19
c6.00120.390.14758.12
d6.00107.560.85780.01
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? ? 通過實驗數據分析可得,在不同加載路徑下的情況下,也就是不同程度的應變強化情況下,這些材料的極限承載能力的變化程度是不大的,說明不同加載路徑雖然能夠使得材料的失穩點發生變化,但是對材料的極限承載能力的影響是微乎其微的。

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