[發明專利]基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法

在審

• 申請號: 202010537083.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111881546A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 朱金花;秦宗川;范海俊;姚佐權;董杰
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;G06F119/02
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法，其特征在于，

基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法為：根據已知的承壓設備在內壓式疲勞試驗系統中的試驗壓力即初始內壓P₁、內壓上限P₂，在保證承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程與在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中任一點的交變應力幅相等的前提下，確定承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的試驗壓力即最大的外壓P_o；

所述壓差式疲勞試驗系統采用壓差法進行疲勞試驗；所述壓差法是指：將承壓設備即待測試容器放置于外容器中；向承壓設備中注入試驗介質，使得承壓設備的內壓達到P₂且保持不變；向外容器中注入惰性液壓介質，外容器的內壓即為承壓設備的外壓，通過改變外容器的內壓改變承壓設備的外壓，從而改變承壓設備的內外壓差，以實現與常規內壓式疲勞試驗系統相似的循環試驗；

所述內壓式疲勞試驗系統采用內壓法進行疲勞試驗；所述內壓法是指：通過液壓泵向承壓設備內部加載試驗介質，初始壓力為P₁，從初始壓力P₁開始以一定速率對承壓設備內部進行加壓至內壓上限P₂，以壓力P₂進行保壓一段時間后，然后對承壓設備內部進行泄壓至初始壓力P₁。

2.根據權利要求1所述的基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法，其特征在于，承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的試驗壓力即最大的外壓P_o＝P₂-P₁。

3.根據權利要求1所述的基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法，其特征在于，確定承壓設備在壓差式疲勞試驗系統中的試驗壓力即最大的外壓P_o，具體包括以下步驟：

所述承壓設備為圓筒狀；

S1，由經典解析法拉美公式可知，承壓設備在內外壓力共同作用下的圓筒任一點的三向應力的計算方式如下式所示：

式中，σ₁、σ₂、σ₃分別為承壓設備在內外壓力共同作用下圓筒任一點的第一主應力即對應環向應力、第二主應力即對應軸向應力、第三主應力即對應徑向應力，單位均為MPa；P_i、P_o分別為承壓設備在內外壓力共同作用下圓筒承受的內壓、外壓，單位均為MPa；R_i、R_o分別為筒體的內半徑、外半徑，單位均為mm；r為筒體的該任一點即計算位置點的半徑，單位為mm；

S2，根據步驟S1的計算公式可得，內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₁單獨作用下圓筒任一點的三向應力的計算方式如下式所示：

式中，K為圓筒的徑比，K＝R_o/R_i；

分別為內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₁單獨作用下圓筒任一點的第一主應力、第二主應力、第三主應力，單位均為MPa；

S3，根據步驟S1的計算公式可得，內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂單獨作用下圓筒任一點的三向應力的計算方式如下式所示：

式中，分別為內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂單獨作用下圓筒任一點的第一主應力、第二主應力、第三主應力，單位均為MPa；

S4，根據步驟S1的計算公式可得，壓差式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂和外壓P_o共同作用下圓筒任一點的三向應力的計算方式如下式所示：

式中，分別為壓差式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂和外壓P_o共同作用下圓筒任一點的第一主應力、第二主應力、第三主應力，單位均為MPa；

S5，內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₁單獨作用下圓筒任一點的的主應力差主應力和的計算方式如下式所示：

式中，表示內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₁單獨作用下圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差；表示內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₁單獨作用下圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和；其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3，i≠j；

S6，內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂單獨作用下圓筒任一點的的主應力差主應力和的計算方式如下式所示：

式中，表示內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂單獨作用下圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差；表示內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備在內壓P₂單獨作用下圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和；其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3，i≠j；

S7，壓差式疲勞試驗系統中，承壓設備的圓筒承受內壓上升到P₂值后后保持不變，外壓上升至P_o值后再將外壓卸載至0的循環過程中，圓筒任一點的主應力差主應力和的計算方式如下式所示：

式中，表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差；表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和；其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3，i≠j；

S8，內壓式疲勞試驗系統中，承壓設備的圓筒承受內壓上升到P₂值后再下降至P₁值的循環過程中，圓筒任一點的交變應力幅S_altij、主應力和均值S_nijm的計算方式如下式所示：

式中，

S_altij表示承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的交變應力幅；

S_nijm表示承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和均值；

S_ijmax表示承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差的代數最大值；

S_ijmin表示承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差的代數最小值；

S_nijmax表示承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和的代數最大值；

S_nijmin表示承壓設備在內壓式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和的代數最小值；

其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3，i≠j；

S9，壓差式疲勞試驗系統中，承壓設備的圓筒承受內壓上升到P₂值后后保持不變，外壓上升至P_o值后再將外壓卸載至0的循環過程中，圓筒任一點的交變應力幅S′_altij、主應力和均值S′_nijm計算公式如下：

式中，

S′_altij表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的交變應力幅；

S′_nijm表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和均值；

S′_ijmax表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差的代數最大值；

S′_ijmin表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力差的代數最小值；

S′_nijmax表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和的代數最大值；

S′_nijmin表示承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的循環過程中，圓筒任一點的第i主應力和第j主應力之間的主應力和的代數最小值；

其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3，i≠j；

S10，內壓式疲勞試驗系統的循環過程與壓差式疲勞試驗系統的循環過程中圓筒任一點的交變應力幅相等，即滿足如下關系式：

S′_altij＝S_attij

S11，將步驟S8和步驟S9中的計算公式代入步驟S10中的關系式中，得到承壓設備在壓差式疲勞試驗系統中的試驗壓力即最大的外壓P_o為：

P_o＝P₂-P₁。