多组分材料球形容器热力耦合应力分析与组分设计.pdf

多组分材料球形容器热力耦合 应力分析与组分设计 张 骞，王泽武，胡大鹏。高淑娟，刘培启 (大连理工大学 化工机械学院，辽宁 大连 116024) 摘 要：随着堆焊、涂层及纳米等先进材料制造技术迅速发展，不同组分多层复合材料压力容器在工 业中得到越来越广泛应用。然而，这些复合材料容器的覆层材料在热力耦合作用下的强度问题一 直是理论研究和工程应用的盲区。为此，基于小变形线弹性理论和有限元数值方法，建立了某基层 和覆层(耐蚀层+过渡层)三层材料组成的不同组分材料球形压力容器在热力耦合作用下的解析 解和数值解，重点研究了覆层材料的力学性能。研究结果表明，理论解和数值解完全吻合，并得到 覆层材料的力学特性。多方案对比分析结果也为该类不同组分多层复合材料容器更为科学的设计 提供了理论依据和技术支持。 关键词：压力容器 ；多层材料 ；堆焊技术；覆层 中图分类号：TH49；0343．6；TB331 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001—4837(2012)03—0001—05 doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．03．001 Thermo——mechanicalCouplingStressAnalysisandComponentDesign ofSphericalPressureVesselM adeofMulti——componentM aterials ZHANGQian，WANGZe—WB，HUDa—peng，GAOShu—juan，LIUPei—qi (SchoolofChemicalMachinery，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China) Abstract：Pressurevesselsmadeofmulti—componentmaterialsarewidelyappliedintotheindustrialen— gineeringwiththerapiddevelopmentoftheadvancedmaterialmanufacturingtechnology，suchastheO— verlayingwelding，coatingtechnoloyg andnanometertechnoloyg ．However，littleworkwasreportedon thethermo—mechanicalcouplingstrengthofthecladdingforthecompositesvesse1．Basedonthelinear — elastictheory andfiniteelementtechnoloyg ，therefore，theclosedofrm solutionandnumericalsolution wereconstructedforthepressurevesselmadeofthree——layermaterialsincludingthebaselayerandthe cladding(thecorrosionresistantandthetransitionlayers)subjectedtothepressureandtemperature loads，andthenthemechanical behaviorofthecladdingwasfurtherinvestigated．Theresuhsshow good agreementbetweentheclosedfomr solutionandnumericalsolution．Moreover，comparativeanalysisofthe temperatureconditionandgeometricdistributionwasalsoconducted，whichwouldbehelpfulforthesci· eutificdesignofthepressurevesselmadeofmulti—layermaterials． Keywords：pressurevessel；multi—componentmaterials；overlayingwelding；cladding 基金项 目：国家自然科学基金；中央高校基本科研业务费专项基金 (DUT1lLK25)