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目前，幾乎在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，壓力容器被廣泛使用，然而其一旦發(fā)生事故，可能產(chǎn)生極其嚴(yán)重的后果。與此同時(shí)，壓力容器裂紋的產(chǎn)生，一直是壓力容器發(fā)生事故的一個(gè)重大隱患，故對(duì)壓力容器的安全評(píng)定及壽命預(yù)測(cè)具有重要的工程實(shí)際意義。本文基于合理使用原則，對(duì)含平行裂紋缺陷球罐進(jìn)行裂紋的簡化評(píng)定，采用較為精確的方法計(jì)算球罐的疲勞壽命有限元分析，基于ANSYS軟件的高準(zhǔn)確性，分析了平行裂紋間距對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響，得出裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子隨著平行裂紋間距的變化規(guī)律。
研究一球形儲(chǔ)罐，其技術(shù)參數(shù)如表1，材料為07ＭｎＮｉＭｏＶＤＲ鋼，查閱相關(guān)資料確定其屈服強(qiáng)度σｓ為520MPa，彈性模量Ｅ為206ＧＰａ。
在球形儲(chǔ)罐內(nèi)壁一側(cè)存在兩條互相平行的裂紋，其裂紋間距為4ｍｍ，規(guī)則化后的裂紋尺寸分別為ａ1＝5ｍｍ，ａ2＝4ｍｍ，ｃ1＝ｃ2＝4.5ｍｍ。兩條裂紋的間距滿足ＧＢ/Ｔ19624中對(duì)非共面裂紋處理的相關(guān)規(guī)定，可按照共面裂紋對(duì)其進(jìn)行合并，得到合并后新的裂紋尺寸ａ＝5ｍｍ，ｃ＝11ｍｍ。
為保證對(duì)此平行裂紋的研究有意義，首先按照ＧＢ/Ｔ19624的相關(guān)規(guī)定對(duì)合并后的裂紋進(jìn)行簡化評(píng)定，簡化評(píng)定結(jié)果如下圖1所示。
如圖可知評(píng)定結(jié)果為安全，表面裂紋是安全的，此壓力容器可以繼續(xù)使用。
基于ANSYS軟件的功能，為了更加精確的得出球罐薄膜應(yīng)力Ｐｍ與彎曲應(yīng)力Ｐｂ的值，本文利用ANSYS軟件來求取。在求取Ｐｍ與Ｐｂ的過程中，先求得球罐的應(yīng)力分布云圖，如圖所示。之后定義分析路徑，將ＳＩＮＴ應(yīng)力分解并將分解后的值在分析路徑上映射出來，再對(duì)各應(yīng)力進(jìn)行線性化處理，如圖所示。最后運(yùn)行Ｌｉｓｔ Ｌｉｎｅａｒｉｚｅｄ命令，得到二者的值，如圖所示。
由圖中可以看出Ｐｍ＝119.4MPa，Ｐｂ＝278.9MPa，根據(jù)ＧＢ/Ｔ19624中的相關(guān)規(guī)定，可以得知二次應(yīng)力的取值為Ｑｍ＝0MPa，Ｑｂ＝0.3σｓ＝156MPa。總的應(yīng)力計(jì)算公式為σ＝ＫｔＰｍ＋ＸｂＰｂ＋ＸｒＱ（1）由ＧＢ/Ｔ19624可以查得Ｋｔ＝1，Ｘｂ＝0.75，Ｘｒ＝0.6故可求得應(yīng)力值σσ＝ＫｔＰｍ＋ＸｂＰｂ＋ＸｒＱ＝119.4＋0.75×278.9＋156×0.6＝422.2Mpa 2.2 δｃ的確定根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)得知07ＭｎＮｉＭｏＶＤＲ的沖擊功Ａｋｖ＝80Ｊ，故根據(jù)公式：Ｋ1ｃ＝9.35（Ａｋｖ）0.63（2）經(jīng)過單位換算可求得Ｋ1ｃ＝4240.7MPa 槡ｍｍ再由公式δｃ＝4Ｋ1ｃ2πＥσｓ（3）求得δｃ＝0.21ｍｍ。
裂紋臨界尺寸可按以下公式計(jì)算αＮ＝δｃ2πｅｓ（ｅ/ｅｓ）2 （ｅ/ｅｓ≤1）（4）αＮ＝δｃπｅｓ（ｅ/ｅｓ＋1）2 （ｅ/ｅｓ＞1）（5）其中：ｅ＝σ/Ｅ，ｅｓ＝σｓ/Ｅ由前邊計(jì)算可知σ＝422.2MPa＜σｓ＝520MPa，故選擇（4）式進(jìn)行計(jì)算，可求得αＮ＝20ｍｍ。
ΔＫ的計(jì)算：
對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行泄壓時(shí)，壓力將降為常壓，故壓力的波動(dòng)比率為0.91。根據(jù)ＧＢ/Ｔ19624及相關(guān)文獻(xiàn)中的計(jì)算公式可求得：ΔＫ＝1142.4Ｎ/ｍｍ32。
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