承壓設備安定性分析與設計

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 結(jié)構安定性及其基本概念 1
1.2 結(jié)構安定性分析和基礎理論的發(fā)展歷程 3
1.2.1 結(jié)構安定性分析的經(jīng)典簡化方法發(fā)展歷程 4
1.2.2 受損結(jié)構的安定性分析理論和方法研究進展 7
1.2.3 高溫設備的安定性分析方法研究進展 10
1.2.4 考慮應變硬化的安定性分析方法研究進展 13
1.2.5 材料棘輪與結(jié)構棘輪的區(qū)別與聯(lián)系 15
1.3 本書內(nèi)容安排 17
第2章 結(jié)構安定及棘輪極限載荷分析的通用方法 18
2.1 承壓設備的安定極限載荷分析方法 18
2.1.1 逐次循環(huán)法 18
2.1.2 彈性補償法 18
2.1.3 非線性疊加法 20
2.1.4 幾種分析方法的對比 23
2.2 承壓設備棘輪極限載荷的分析方法 25
2.2.1 線性匹配法 25
2.2.2 屈服應力或彈性模量修正法 26
2.2.3 非循環(huán)疊加法 28
2.2.4 虛擬屈服面法 30
2.2.5 混合剩余強度法 31
2.3 結(jié)構安定極限載荷的測量試驗 31
2.3.1 載荷-位移特征點法 32
2.3.2 應變率-載荷擬合法 32
2.3.3 應變增量-循環(huán)數(shù)對數(shù)斜率法 33
2.4 Bree圖的構建原理與應用 33
2.4.1 基本Bree圖(不考慮蠕變) 33
2.4.2 基本Bree圖(考慮蠕變) 44
2.4.3 基于Bree圖的熱薄膜應力評價修正 46
2.5 本章小結(jié) 49
第3章 復雜載荷條件下承壓設備的安定性分析 50
3.1 承壓設備的自增強與安定極限載荷分析 50
3.1.1 承壓圓筒的自增強與安定極限載荷分析 50
3.1.2 承壓球殼的自增強與安定極限載荷分析 67
3.2 雙軸應力條件下圓筒的安定性分析 81
3.2.1 熱-機械載荷下承壓圓筒自增強與安定性分析 81
3.2.2 拉-彎-扭復合載荷下承壓圓筒的安定性分析 92
3.3 承壓殼體開孔部位的安定性分析 116
3.3.1 循環(huán)內(nèi)壓下球形封頭開孔接管的安定性分析方法 116
3.3.2 循環(huán)熱-機械載荷下開孔圓筒的安定性分析 121
3.3.3 循環(huán)熱-機械載荷下承壓斜接管的安定性分析方法 129
3.3.4 移動熱-機械載荷下壓力管道彎頭的安定性分析 140
3.4 熱-機械載荷下承壓殼體的棘輪極限載荷與低周疲勞評定 143
3.4.1 有限元分析模型及方法 143
3.4.2 棘輪極限載荷與疲勞壽命分析 145
3.4.3 基于安定性分析的結(jié)構疲勞試驗載荷確定 149
3.5 本章小結(jié) 150
第4章 熱-機械載荷下焊接接頭的安定與棘輪極限載荷分析 151
4.1　焊接接頭安定性分析的有限元模型 151
4.2　基于彈性安定極限載荷的模型驗證 154
4.3　焊接接頭安定性分析結(jié)果與討論 154
4.3.1　坡口型式對焊接接頭安定極限載荷的影響 154
4.3.2　管道厚度對焊接接頭安定極限載荷的影響 155
4.3.3　焊材屈服應力對焊接接頭安定極限載荷的影響 156
4.3.4　焊材彈性模量和熱膨脹系數(shù)對焊接接頭安定極限載荷的影響 158
4.4　焊接接頭安定性的簡化評估方法 159
4.4.1　焊接接頭的應力集中系數(shù) 159
4.4.2　彈/塑性安定極限載荷及拐點值的確定 159
4.4.3　安定/棘輪極限載荷的確定 160
4.5　本章小結(jié) 161
第5章　復雜條件下多層膜-基結(jié)構的安定性分析 162
5.1　彈-塑-蠕變條件下多層膜-基結(jié)構的安定性分析 163
5.1.1　彈-塑-蠕變條件下多層膜-基結(jié)構的安定極限方程 163
5.1.2 Si-Cu雙層梁分析 167
5.2 缺陷對多層膜-基結(jié)構安定極限載荷的影響 176
5.2.1 考慮溫度相關屈服應力的LMM基本理論 176
5.2.2 含缺陷熱障涂層系統(tǒng)有限元模型 179
5.2.3 安定性分析結(jié)果與討論 181
5.3 延性損傷對多層膜-基結(jié)構安定極限載荷的影響 186
5.3.1 耦合延性損傷的彈塑性理論公式 186
5.3.2 延性損傷多層梁的安定性分析 190
5.4 本章小結(jié) 199
第6章 螺栓法蘭結(jié)構及緊固件的安定性分析 201
6.1 循環(huán)熱-機械載荷下螺栓法蘭結(jié)構的安定性分析 201
6.1.1 整體螺栓法蘭結(jié)構有限元模型 201
6.1.2 螺栓預緊力 202
6.1.3 安定性分析結(jié)果與討論 203
6.2 循環(huán)載荷幅對緊固件安定/棘輪極限載荷的影響 206
6.2.1 螺栓材料35CrMo的循環(huán)拉伸試驗 206
6.2.2 考慮應力率的黏塑性本構方程 210
6.2.3 修正的黏塑性本構模型 214
6.3 循環(huán)壓縮條件下密封墊片的棘輪變形與安定性分析 217
6.3.1 墊片循環(huán)壓縮試驗裝置設計 217
6.3.2 聚四氟乙烯墊片的循環(huán)壓縮棘輪變形分析 219
6.3.3 柔性石墨增強墊片的循環(huán)壓縮棘輪變形 235
6.3.4 無石棉墊片的循環(huán)壓縮棘輪變形 243
6.4 本章小結(jié) 254
第7章 熱-機械復合載荷下汽輪機轉(zhuǎn)子輪緣結(jié)構的安定性分析 256
7.1 線性匹配法的基本原理 256
7.1.1 上限安定分析 257
7.1.2 下限安定分析 258
7.2 汽輪機轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構模型及安定性分析 258
7.2.1 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構的有限元模型 258
7.2.2 材料屬性和加載條件 260
7.2.3 穩(wěn)定工況下的線彈性應力分布 261
7.3 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構的安定極限載荷分析 263
7.3.1 實際操作載荷下轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構的安定性分析 263
7.3.2 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構的安定極限載荷 265
7.4 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構的棘輪極限載荷分析 267
7.4.1 穩(wěn)定循環(huán)狀態(tài) 267
7.4.2 啟動工況下轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構的棘輪分析 268
7.4.3 棘輪極限載荷交互曲線 269
7.5 本章小結(jié) 270
第8章 蠕變-疲勞載荷下的滯彈性回復效應及其對安定極限載荷的影響 271
8.1 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-疲勞試驗 271
8.1.1 試驗材料 271
8.1.2 試驗條件 272
8.2 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-棘輪試驗結(jié)果與分析 274
8.2.1 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼在蠕變-疲勞載荷下的滯彈性行為 274
8.2.2 滯彈性回復對X12CrMoWVNbN10-1-1鋼棘輪與安定行為的影響 278
8.3 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-棘輪預測模型 279
8.3.1 彈-塑-蠕變響應的基本理論公式 280
8.3.2 考慮滯彈性的非線性隨動硬化模型 280
8.3.3 單軸蠕變方程及參數(shù) 281
8.4 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-棘輪預測結(jié)果與討論 282
8.5 本章小結(jié) 285
第9章 基于規(guī)范的承壓設備安定性設計方法 286
9.1 基于ASME規(guī)范的承壓設備安定性設計準則 286
9.1.1 中低溫構件安定性設計規(guī)范(ASME BPVC-Ⅲ-NB) 286
9.1.2 高溫構件安定性設計規(guī)范(ASME BPVC-Ⅲ-NH) 289
9.2 R5規(guī)程中高溫構件安定性設計準則 298
9.2.1 結(jié)構安定評定的簡化方法 298
9.2.2 結(jié)構安定性評定的詳細方法 299
9.2.3 安定性分析與穩(wěn)態(tài)循環(huán)應力極限的計算 301
9.3 基于RCC-MRx規(guī)范的高溫部件安定性設計準則 311
9.3.1 不考慮蠕變情況下的漸增性變形 311
9.3.2 考慮蠕變情況下的漸增性變形 318
9.4 歐盟EN 13445-3規(guī)范中關于結(jié)構安定性設計方法的介紹 324
9.5 日本C-TDF方法 325
9.6 蘇聯(lián)USSR規(guī)范的相關規(guī)定 325
9.7 本章小結(jié) 325
參考文獻 327
附錄1 逐次循環(huán)(CBC)有限元分析命令流 343
附錄2 基于非循環(huán)方法的有限單元分析命令流 351
附錄3 厚壁圓筒自增強壓力優(yōu)化有限元分析命令流 356
附錄4 雙層梁彈-塑-蠕變數(shù)值迭代分析程序(基于MATLAB) 360