论文部分内容阅读
为完成“十五”国家重大科技攻关专题2001BA803B03"工业压力管道管件安全评定技术研究"和“十一五”国家科技支撑计划2006 BAK 02B02的子专题02-03-01“考虑材料塑性强化效应的承压结构极限承载能力分析方法研究”任务，作者按“合乎使用”原则的要求，采用理论分析、弹塑性有限元分析和实验验证相结合的方法，探讨什么是含缺陷承压设备真正的塑性失效载荷和如何求取这一塑性失效载荷，展开了系统研究，创建了一套便于工程应用的考虑材料应变强化效应后的含缺陷承压设备塑性失效最大载荷的工程估算方法。
本文主要研究内容和取得的主要研究成果如下：
(1)提出“合乎使用”塑性失效评定确定塑性失效载荷时，可不采用压力容器设计中以不考虑材料应变强化的极限分析的极限载荷，或2倍弹性斜率法等准则得到的塑性载荷作为评定用塑性失效载荷，对于由有足够塑性材料制成的含缺陷承压设备，宜以含缺陷承压设备的最大载荷作为“合乎使用”塑性失效评定的塑性失效载荷。
(2)利用ANSYS软件进行弹塑性有限元分析计算含缺陷承压设备的最大载荷是可行的。建议在采用ANSYS软件进行弹塑性分析计算承压设备的最大载荷时，将基于Mises屈服准则计算得到的最大载荷计算值除以1.08后的值作为预期的塑性失效最大载荷，此预期值一般不会发生冒进的正误差。用有限元分析软件进行极限分析极限载荷或弹塑性分析最大载荷时都没有必要(且不得)采用小变形假设。
(3)提出了能充分反映材料应变强化能力的与最大载荷相对应的理想塑性材料真实流变应力бTf的概念，用以评价FAD法中以材料抗拉强度和屈服强度平均值的流变应力бf的科学性，并对FAD法Frmax中反映材料应变强化能力的流变应力бf，进行了系统研究。研究发现：бTf是材料本构关系、几何结构及尺寸、缺陷形式及尺寸和加载方式综合影响的结果。对于内压载荷作用下的承压设备，采用屈服强度和抗拉强度的平均值的流变应力бf，不仅可保守估算含面型缺陷承压设备的最大载荷，而且也可以将该方法推广应用于保守估算含体积型缺陷承压设备和无缺陷承压设备的最大载荷，保守度一般有15％～35％。但用于仅受弯矩载荷作用下的薄壁壳体承压设备，可能误差很大。
(4)提出了以弹塑性有限元分析获得的最大载荷或用实验实测最大载荷(例如爆破压)表示的含缺陷承压设备的剩余强度系数(RSF)max(=Pmax/P0max)值或(RSF)b(=Pb/P0b)值应基本等于以采用考虑几何非线性效应的极限分析得到的含缺陷承压设备的剩余强度系数(RSF)L(=PL/POL)值的理论，从而在工程应用中就可以将PL/POL作为实验实测得到的Pb/POb的解或弹塑性有限元分析得到的Pmax/POmax的解。 (5)以Pmax/POmax=POb/POb=PL/POL为理论基础，首创了一种具有较高精度的采用含缺陷承压设备剩余强度系数PL/POL估算含缺陷承压设备最大载荷Pmax的工程方法，由于求取以极限载荷表示的剩余强度系数值不需要知道材料的强度，计算方便并且可以手册的形式给出，工程意义十分巨大。
(6)以国标GB/T19624给出的含凹坑筒壳的剩余强度系数PL/POL解为案例，给出了该结构以最大载荷表示的剩余强度系数Pb/POb(或Pmax/POmax)的工程估算值，从而可将GB/T19624中含凹坑筒壳的极限载荷解推广为求塑性最大载荷解。
(7)为证明剩余强度系数法可推广用于复杂结构和含面型缺陷结构，本文作者在前期参加国家十五重大科技攻关课题研究工作所取得的成果基础上，给出了采用考虑几何非线性效应的极限分析得到的内压和弯矩分别作用下含纵向穿透和表面裂纹弯头剩余强度系数PL/POL和ML/MOL的数值解，及数值回归得到的PL/POL和ML/MOL的工程估算式，展示了这一方法的广泛适用性。