典型国产材料外压应力系统B曲线的研究

摘要

外压容器广泛应用于各种行业，保证容器运行时安全可靠是极其重要的。外压容器失效的主要方式是失稳，因此保证其稳定性是保证安全的关键。在外压稳定性的设计中，外压应力系数B曲线起到关键的作用，目前GB150标准中外压应力系数B曲线算图部分参考于ASME标准，部分来自实测曲线，由于国内外材料性能的不同以及冶炼技术的不断进步，有必要对GB150中部分材料曲线进行重新测定和研究。本文就目前标准中外压应力系数B曲线的部分问题展开了研究。
　　(1)对八种不同材料进行了常温和高温下的拉伸试验，在比较各类拟合模型后，选用Ramberg-Osgood模型对所有曲线进行拟合，并得到各个材料在不同温度下的外压应力系数B曲线算图。
　　(2)将试验所得的外压应力系数B曲线算图与目前GB150以及ASME标准中相应材料的算图进行比较，发现GB150中奥氏体不锈钢、低碳钢算图曲线与实测曲线有一定差异，高强钢算图与实测相同，进而分析了GB150标准曲线与实测曲线产生差异的原因。
　　(3)根据试验所得曲线，本文将材料分为低碳钢、高强钢和不锈钢三类，对三类曲线分别用外压应力系数B曲线方程进行描述，并给出根据外压方程设计容器稳定性的方法和步骤。用算例证明用设计方程进行外压计算时，误差与普通方法相差很小。此外还提出了适用部分材料的统一曲线，并用算例证明用统一曲线计算结果与传统相比存在一定误差，但在可接受的范围内。
　　(4)分析比较了各国外压稳定安全系数制定的不同，在试验所得曲线的基础上，将稳定安全系数反应到设计曲线中，并在适当调整安全系数的取值，得到新的变系数外压设计曲线，通过算例证明，按变系数外压设计曲线所得的许用压力，高于按目前GB150设计所得，与ASMEⅧ-2及EN13445标准的设计水平相当。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文背景

1．1．1 外压设计曲线的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 外压设计理论的研究

1．2．2 应力-应变曲线模型的研究

1．2．3 材料拉伸力学性能离散性的研究

1．3 本文研究目标及内容

第2章 试验与结果处理

2．1 试样及试验方案

2．1．1 试验设备

2．1．2 试样准备

2．1．3 试验方案

2．1．4 试验材料

2．1．5 试验数据处理

2．2 试验曲线的处理

2．2．1 曲线的修约

2．2．2 曲线的拟合

2．2．3 拟合公式的比较与选取

2．3 本章小结

第3章 外压曲线的绘制和比较

3．1 外压应力系数B曲线绘制

3．1．1 低碳钢的外压曲线绘制

3．1．2 高强钢的外压曲线绘制

3．1．3 不锈钢的外压曲线绘制

3．2 外压应力系数B曲线的比较

3．2．1 低碳钢外压曲线比较

3．2．2 高强钢及不锈钢外压曲线比较

3．3 本章小结

第4章 基于外压设计曲线的设计方法研究

4．1 外压设计方程

4．1．1 材料的离散性分析

4．1．2 外压设计方程

4．2 统一设计曲线

4．2．1 低碳钢统一曲线

4．2．2 不锈钢统一曲线

4．3 变稳定系数外压曲线

4．3．1 各国安全系数详述

4．3．2 变系数曲线和方程

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

附录A 外压设计方程程序

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果