球形壓力容器埋藏裂紋的影響探析

球形壓力容器埋藏裂紋的影響探析

Summary:經(jīng)過認(rèn)真的分析之后發(fā)現(xiàn)，壓力容器出現(xiàn)失效、斷裂、裂紋等各種問題，引發(fā)原因具有多樣性，例如：疲勞制造工藝以及復(fù)雜性的應(yīng)力狀態(tài)等都會(huì)增加裂紋出現(xiàn)的可能和概率，所以還需要進(jìn)行深入分析。因此，本篇文章主要對(duì)球形壓力容器埋藏裂紋的影響進(jìn)行研究，以做參考。

Keys:球形壓力容器；埋藏裂紋；影響；

眾所周知，球形壓力容器的體積都非常大，而且其中所裝的介質(zhì)都具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，再加上工作壓力所帶來的影響，極有可能會(huì)出現(xiàn)燃燒、爆炸等嚴(yán)重問題，一旦發(fā)生事故，破壞力極強(qiáng)，對(duì)工作人員的人身安全必然會(huì)產(chǎn)生威脅，所以在新時(shí)代的大背景之下，國家與相關(guān)部門對(duì)球形壓力容器的發(fā)展、使用都加強(qiáng)關(guān)注與重視?；诖耍疚南旅嬷饕獙?duì)球形壓力容器埋藏裂紋的影響展開深入的探討。

1、壓力容器埋藏裂紋分析

現(xiàn)如今我們國家的機(jī)械、石油化工等領(lǐng)域都在有條不紊的發(fā)展當(dāng)中，壓力容器憑借著自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用，并獲得一致的好評(píng)，但是因?yàn)槭艿狡谝约案g等各種原因所帶來的影響，在壓力容器的內(nèi)部以及表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋，裂紋在慢慢的擴(kuò)展當(dāng)中，會(huì)由最開始的不規(guī)則裂紋變成類似于橢圓形的裂紋，所以相關(guān)工作人員會(huì)應(yīng)用橢圓面展開相關(guān)的模擬，所以對(duì)壓力容器裂紋的研究，是對(duì)含缺陷機(jī)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。因?yàn)槠?、腐蝕等各種因素，對(duì)球形容器所產(chǎn)生的影響也會(huì)有很大的不同，國內(nèi)有許多專家和學(xué)者對(duì)壓力容器裂紋展開了深入的分析。

2、球形壓力容器所存在的問題分析

首先，加入到球形壓力容器制造過程當(dāng)中去的原材料不符合標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，球形壓力容器使用材料能夠滿足設(shè)計(jì)要求的只占30%左右，之所以會(huì)出現(xiàn)球形壓力容器爆炸問題，其中有很大一部分原因就是所使用的建設(shè)材料不合格所導(dǎo)致的。其次，球形壓力容器的表面出現(xiàn)大量的裂紋，一個(gè)壓力容器上面的裂紋達(dá)到了一定的數(shù)量，那么必然會(huì)對(duì)壓力容器總體帶來極大的影響和傷害。再則，在對(duì)球形壓力進(jìn)行檢測(cè)的過程當(dāng)中，會(huì)應(yīng)用磁粉、超聲波探傷等方法，發(fā)現(xiàn)壓力容器焊縫內(nèi)部出現(xiàn)夾雜或者是氣孔等問題，這些問題已經(jīng)完全超過相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。最后，咬邊、錯(cuò)位、漏焊等各種問題非常常見，幾乎在球形壓力容器的上面都可以見到。壓力容器出現(xiàn)裂紋問題是非常嚴(yán)重的，甚至?xí)l(fā)非常大的安全事故，因此，工作人員一定要加強(qiáng)關(guān)注與重視。3、有限元法可靠性的證實(shí)

為了確保最終的有限元結(jié)果具有真實(shí)性和可靠性，還需對(duì)其展開驗(yàn)證，遵循相關(guān)的范圍要求，應(yīng)用有限元法計(jì)算球形壓力容器外表面半橢圓裂紋，之后與理論結(jié)果進(jìn)行合理比較，驗(yàn)證是否依然滿足誤差所提出來的要求。例如：當(dāng)壓力容器參與到工作過程當(dāng)中去之后，最大工作壓力為30Mpa，內(nèi)部直徑依然達(dá)到了700mm，壁厚為60~75mm，底部是裙座結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的過程當(dāng)中，會(huì)把壓力容器沿著中心對(duì)稱分割，分割為四個(gè)部分，其中必須包括有裂紋的一部分，這一部分的壓力容器網(wǎng)格主要應(yīng)用了10節(jié)點(diǎn)Solid87四面體單元，而其他的部分主要應(yīng)用的是20節(jié)點(diǎn)Solid86六面體單元，裂紋網(wǎng)格類型主要應(yīng)用的是20節(jié)點(diǎn)Solid86六面體，單元之后又采用了Contact174接觸單元，這樣做的目的是為了確保裂紋網(wǎng)格和壓力容器網(wǎng)格真正的實(shí)現(xiàn)連接，之后再30Mpa內(nèi)壓載荷之下，對(duì)球罐和裙座的連接處應(yīng)用了位移束縛，并設(shè)置出裂紋尖端為線積分計(jì)算的積分條數(shù)共為六條，最終得到裂紋面應(yīng)力裂紋尖端處所呈現(xiàn)出來的應(yīng)力集中，將紅色區(qū)域附近的應(yīng)力數(shù)值與罐體上面的應(yīng)力值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)高出10倍不止，所以裂紋的存在會(huì)對(duì)壓力容器的安全性產(chǎn)生不斷的影響。圖1是裂紋應(yīng)力與KΙ分布圖。圖1裂紋應(yīng)力與KΙ分布圖4、埋藏裂紋有限元分析通過對(duì)圖2當(dāng)中的界限進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)工作壓力的不同，軸向埋藏裂紋擴(kuò)展的形式卻有許多相同的地方，之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，主要是由橢圓長徑方向向著偏短徑的方向所展，而且擴(kuò)展的距離是以循序漸進(jìn)的方式再在增加，最終裂紋的狀態(tài)并不是呈現(xiàn)出了橢圓形狀態(tài)，而是與圓形非常的相似。圖2是裂紋擴(kuò)展形態(tài)。圖2裂紋擴(kuò)展形態(tài)通過對(duì)圖3當(dāng)中的內(nèi)容進(jìn)行分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)沿著各個(gè)裂紋角擴(kuò)展的路徑上面，有擴(kuò)展長度之間呈現(xiàn)出線性關(guān)系工作壓力的不同，各個(gè)擴(kuò)展角路徑與擴(kuò)展長度之間的斜率是保持相等的，壓力越高的話k1越高，裂紋角已然到達(dá)90度時(shí)，在最開始的階段，擴(kuò)展曲線已經(jīng)呈現(xiàn)出了非線性的狀態(tài)，k1與擴(kuò)展長度之間的斜率是非常大的，但是擴(kuò)展長度最小。夾角為零度時(shí)，k1與擴(kuò)展長度之間的斜率是最小的，但是擴(kuò)展長度就是最長的。圖3不同裂紋角應(yīng)力強(qiáng)度因子變化通過對(duì)圖4當(dāng)中的內(nèi)容進(jìn)行分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)橫坐標(biāo)主要是裂紋尖端各個(gè)點(diǎn)位和計(jì)算起始點(diǎn)尖端弧長與總弧長的比較數(shù)值，將下面作為起點(diǎn)慢慢向上的曲線以一致的方式為初始擴(kuò)展到最終擴(kuò)展步的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子變化曲線。在一定的壓力影響之下，裂紋擴(kuò)展當(dāng)中的k1趨勢(shì)都是非常相似的。之后擴(kuò)展距離在不斷的延長，橢圓裂紋的尖端k1也在升高當(dāng)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上k1大小越來越相似，應(yīng)力強(qiáng)度因子最大值和最小值之間的差異也變得越來越小。圖4不同載荷下裂紋擴(kuò)展應(yīng)力強(qiáng)度因子變化5、結(jié)論

通過對(duì)壓力容器埋藏裂紋應(yīng)用有限元方法展開了認(rèn)真的分析，將裂紋的半徑比和裂紋擴(kuò)展作為的入手點(diǎn)，以綜合的方式對(duì)軸向埋藏裂紋、斷裂產(chǎn)量的特點(diǎn)進(jìn)行分析，之后展開總結(jié)，因?yàn)橛绊懥鸭y面上的應(yīng)力垂直與裂紋面所以內(nèi)壓荷載所帶來的影響，讓壓力容器軸向埋成裂紋擴(kuò)展的最終形態(tài)和拉伸和在和無限大體內(nèi)埋藏裂紋的擴(kuò)展形態(tài)之間變得非常相似，所以裂紋最終擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)與裂紋面上的應(yīng)力分布之間有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系。Reference：[1]謝芳,劉德俊,秦忠寶,郭志青.球形壓力容器埋藏裂紋的影響分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2019,36(03):110-116.[2]岳應(yīng)娟,李寧,陳飛,孫鋼