[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

本發明公開了基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法，將承壓設備放置于一個外容器中；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，通過改變外容器的內壓，從而改變承壓設備的內外壓差，以實現與內壓式疲勞試驗系統相似的循環試驗；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和疲勞循環次數，在保證承壓設備在壓差式疲勞試驗系統中與在內壓式疲勞試驗系統中的交變應力幅相等和損傷等效的前提下，確定承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的試驗壓力和疲勞循環次數。本發明驗證了壓差式疲勞試驗系統的可靠性，提供了承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的測試壓力的計算方法。

技術領域

本發明涉及壓力容器疲勞試驗技術領域，尤其是基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法。

背景技術

承壓設備在石油化工、航天航空、電子工業以及新能源行業中廣泛應用，幾乎所有承壓設備在工作過程中都存在壓力循環波動的工況，對承壓設備主體結構的疲勞強度的考核是保障承壓設備全運行的必要條件之一。

承壓設備在工作載荷循環作用下，即使整體應力水平低于屈服強度，但隨著循環載荷次數的增加，承壓設備的內壁仍有可能萌生裂紋，伴隨循環載荷次數次數的增加，裂紋將逐漸擴展，當擴展至臨界裂紋尺寸，則會發生失穩擴展，即發生破裂或爆炸。

承壓設備的材料與介質存在交互作用，例如會造成材料韌性下降，將會發生災難性事故。

尤其對于內部空間狹小，常規檢驗手段難以覆蓋的無大開孔容器，其內壁由于成型加工、熱處理等原因難免會存在一些初始缺陷，其中，裂紋類缺陷在工作循環載荷作用下最容易發生破壞。

裝載某些特殊介質的承壓設備的損傷模式復雜，可能存在多種損傷機理交互作用，在設計階段難以通過純理論分析進行有效評估，有時候為了確保安全性能，即使進行了評估也要再通過疲勞試驗即壓力循環試驗對評估結果進行試驗驗證。

目前，針對承壓設備的疲勞試驗的主要試驗方式以及所存在的問題包括：

一、直接利用容器的所用材料和特殊介質進行相容性試驗，但對于容器整體，由于容器承壓結構的應力狀態較為復雜，僅通過材料的相容性試驗試驗獲得的數據難以直接外推用于指導容器整體設計。

二、通過高壓液壓泵裝置對放置于大氣環境中的承壓設備注入惰性液壓介質產生壓力循環波動，可實現純機械應力變化條件下的疲勞試驗，但無法模擬特殊介質與容器所用材料的交互作用，另外，這種試驗方式僅適用于液體介質，當試驗介質為氣體時，會由于氣體的可壓縮性和難以回收等原因造成試驗系統的組成和控制十分復雜，當容器壓力較高、容積較大時，將造成整套試驗裝置的造價高昂、功率消耗巨大，同樣由于氣體的壓縮性，難以實現快速的升降壓，使得其試驗周期十分漫長，不利于疲勞次數較多的模擬試驗的開展。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺陷，本發明提供基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法，驗證了壓差式疲勞試驗系統的可靠性，根據損傷等價原則，提供了承壓設備在壓差式疲勞試驗系統的測試壓力的計算方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，包括：

基于壓差式疲勞試驗系統的承壓設備試驗壓力計算方法，

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；