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第七-3章断裂力学应用 ------压力容器及管道的安全评定 断裂力学在压力容器和管道中的应用 我国的压力容器评定规范 “CVDA-84” 设计压力容器的一些典型方法 断裂力学在压力容器和管道中的应用 压力容器包括所有承受压力载荷的密闭容器。 随着压力容器的操作条件越来越来苛刻，同时压力容器所处理的介质往往又是易燃易爆或有毒的，一旦发生事故，将给国家或人民的生命带来不可估量的损失，因此国家有关部门颁布了有关压力容器的法规和标准来监督、指导压力容器的设计、制造、检验和验收。 压力容器的检验指标: 出厂指标; 生产质量标准; 不允许有裂纹 合格使用质量标准(断裂力学产生之前没有) 美国的ASME; 国际焊接协会(IIW) 日本焊接工程协会规范WES2805-1980 英国WEE/37和BSI PD6493规范 我国CVDA-84 “压力容器缺陷评定规范” CVDA-84 “压力容器缺陷评定规范” 步骤: 求的缺陷几何形状和计算尺寸. 确定缺陷应力应变 确定缺陷有关的性能参数 计算最大容许缺陷尺寸 判定缺陷是否允许 压力容器缺陷评定一般步骤 缺陷的当量处理 应力或应变分析 确定材料性能 缺陷评定 1、缺陷的当量处理——简化 压力容器壁内存在着各种各样的缺陷, 如果不对缺陷进行简化, 很难进行断裂力学计算. 应力应变分析 当地应力或应变: 缺陷所在处无缺陷情况下的应力或应变. 当地应变应该考虑: 内压引起的模应力与弯曲应力 结构不连续处的局部应力应变 焊接接头形状缺陷(角变形,错口,不圆度 等 ) 引起的弯曲应力 3、确定材料特性 4、缺陷评定(最大允许缺陷尺寸) 我国规范的特点 等效裂纹尺寸: 残余应力作为模应力处理 CVDA 常用压力容器设计准则 按照判剧划分（脆断评定） K判据（应力强度因子法）、 COD法（裂纹张开位移法） 按照缺陷尺寸划分: 当量裂纹尺寸法,临界裂纹尺寸法 按照设计要求划分: “先漏后破”法 压力容器的 “先漏后破”(LBB)设计方法 压力容器中的非穿透裂纹：有可能由于疲劳或者应力腐蚀而扩展直到容器的外壁. 然后容器就将渗漏,这样就有了发现它的好机会, 如果裂纹一旦穿破容器壁,断裂就会停止, 容器开始渗漏,则在穿透裂纹再次达到临界尺寸前，还后一端时间来检查出裂纹. 为了防止脆断事故,设计为断裂前渗漏,即 “先漏后破”(LBB)准则. 设计要求: 临界裂纹尺寸容器壁后，即裂纹稳定扩展至穿透壁厚,容器发生泄露 设半圆形表面裂纹扩展至穿透壁厚,如图 计算方法: 选择合适的相对塑性区参数: 选择满足 “先漏后破”要求的COD法: 缺陷尺寸设计方法 步骤: 缺陷标准化 确定缺陷尺寸a,等效为穿透裂纹 等效原理:将裂纹强度因子等效为二维穿透裂纹 3.确定应力应变 拉伸膜应力 弯曲应力 * * 缺陷当量处理：简化处理。 用一个典型的裂纹(贯穿裂纹,表面椭圆裂纹,内埋椭圆裂纹)来取代实际的缺陷 计算出等效裂纹尺寸 (穿透裂纹当量尺寸) 计算方法如下: 表面裂纹K 穿透裂纹 2、确定 1) 平均应力当量值 2) 弯曲应力当量值 3) 焊接残余应力当量值 1）应力强度因子法 (线弹性法): 2）COD法(弹塑性法): 安全系数包含在曲线本身 5、评定标准: 当量尺寸小于允许裂纹尺寸 例1. 某液态氢球罐: 2c=2x37.5mm a=15mm 简化后当量裂纹 例2. 高压容器: 100 50 表面裂纹和深埋裂文同时存在,按照规定,变为复合裂纹求解 不能按设计压力加压！ 要求 时,不发生脆断,所以先泄露 2t t ① 相对塑性区尺寸参量 ② 将①代入②式: ③ ④ *