[發(fā)明專(zhuān)利]一種提高筒體開(kāi)孔厚壁容器疲勞壽命的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010902346.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112171377A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 危書(shū)濤;秦宗川;崔軍;朱金花;范海俊;牛錚;姚佐權(quán)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥通用機(jī)械研究院有限公司;合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23Q17/00
• 分類(lèi)號(hào): B23Q17/00;G01N3/12
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明公開(kāi)了一種提高筒體開(kāi)孔厚壁容器疲勞壽命的方法，包括下列步驟A和/或B：步驟A、計(jì)算得出厚壁容器的筒體在未開(kāi)孔情況下的最佳自增強(qiáng)壓力P_A，并在筒體開(kāi)孔前以最佳自增強(qiáng)壓力P_A對(duì)筒體進(jìn)行自增強(qiáng)處理；步驟B、計(jì)算厚壁容器在開(kāi)孔后開(kāi)孔局部所受等效應(yīng)力最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)壓力P_h，在后續(xù)對(duì)厚壁容器加工開(kāi)孔后以壓力P_h對(duì)開(kāi)孔局部進(jìn)行壓力試驗(yàn)，使得開(kāi)孔局部形成塑性變形。本發(fā)明利用計(jì)算得到的最佳自增強(qiáng)壓力對(duì)厚壁容器整體進(jìn)行自增強(qiáng)處理，并通過(guò)壓力試驗(yàn)使開(kāi)孔局部形成塑形變形，使內(nèi)壁產(chǎn)生局部壓應(yīng)力，從而提高疲勞壽命；先進(jìn)行步驟A，再進(jìn)行步驟B，使筒體的筒壁和開(kāi)孔局部均形成一定的壓縮殘余應(yīng)力，最大化的提高筒體的疲勞壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及厚壁壓力容器設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種提高筒體開(kāi)孔厚壁容器疲勞壽命的方法。

背景技術(shù)

厚壁容器廣泛應(yīng)用在高壓滅菌/高壓聚合等食品和工業(yè)領(lǐng)域，通常用于超高壓工況下的承壓殼體，可以承載較高的壓力。對(duì)于有疲勞交變工況條件的場(chǎng)合，則要求厚壁容器有足夠的疲勞強(qiáng)度壽命。由于工藝操作的需要，厚壁容器上經(jīng)常要開(kāi)設(shè)大小不一的孔，如進(jìn)料口/出料口/測(cè)溫口/測(cè)壓口等，容器開(kāi)孔會(huì)造成局部應(yīng)力集中，使得開(kāi)孔處的應(yīng)力水平明顯增高，降低厚壁容器的強(qiáng)度，縮短厚壁容器的疲勞壽命。目前，行業(yè)上通常在滿(mǎn)足工藝需要的情況下盡量將開(kāi)孔設(shè)置在厚壁容器的兩端部位置，避免在厚壁容器筒體上開(kāi)孔，但若因工藝需要無(wú)法避免時(shí)，就只能通過(guò)提高材料強(qiáng)度、增加壁厚或犧牲部分疲勞壽命等措施來(lái)確保容器的安全。由此可見(jiàn)，有必要提出一種提高筒體開(kāi)孔厚壁容器整體疲勞壽命的設(shè)計(jì)制造方法，為筒體開(kāi)孔厚壁容器更好地設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，提高其經(jīng)濟(jì)性和安全性。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免和克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高筒體開(kāi)孔厚壁容器疲勞壽命的方法。本發(fā)明對(duì)厚壁容器整體進(jìn)行自增強(qiáng)處理以及對(duì)開(kāi)孔局部通過(guò)壓力試驗(yàn)使其產(chǎn)生塑性變形，提高了厚壁容器的疲勞壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種提高筒體開(kāi)孔厚壁容器疲勞壽命的方法，包括下列步驟A和/或B：

步驟A、計(jì)算得出厚壁容器的筒體在未開(kāi)孔情況下的最佳自增強(qiáng)壓力P_A，并在筒體開(kāi)孔前以最佳自增強(qiáng)壓力P_A對(duì)筒體進(jìn)行自增強(qiáng)處理；

步驟B、計(jì)算厚壁容器在開(kāi)孔后開(kāi)孔局部所受等效應(yīng)力最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)壓力P_h，在后續(xù)對(duì)厚壁容器加工開(kāi)孔后以壓力P_h對(duì)開(kāi)孔局部進(jìn)行壓力試驗(yàn)，使得開(kāi)孔局部形成塑性變形。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：在步驟A中，最佳自增強(qiáng)壓力

其中：

P_A為厚壁容器筒體的最佳自增強(qiáng)壓力，單位為MPa；

σ_s為厚壁容器材料的屈服強(qiáng)度，單位為MPa；

E為常溫下厚壁容器材料的彈性模量；

E_t為設(shè)計(jì)溫度下厚壁容器材料的彈性模量；

P為厚壁容器的設(shè)計(jì)壓力，單位為MPa；

K為厚壁容器的直徑比，

D_o為厚壁容器的外直徑，單位為mm；

D_i為厚壁容器的內(nèi)直徑，單位為mm。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：在步驟B中，采用彈塑性分析方法，通過(guò)有限元數(shù)值建模，以試驗(yàn)壓力為自變量，以開(kāi)孔局部所受的等效應(yīng)力作為因變量，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算得到等效應(yīng)力最小時(shí)的試驗(yàn)壓力P_h。