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含凹坑缺陷压力容器极限与安定性数值分析

陈钢  
【摘要】:带凹坑缺陷压力容器的极限与安定性分析及相应安全评定方法的研究,是当前压力容器安全性分析中的前沿课题。它具有十分重要而广泛的应用背景。本文以极限和安定性分析为主要手段,辅以必要的实验验证,系统、全面地研究了各种凹坑缺陷对不同压力容器结构强度的影响。 本文提出了一般结构极限与安定性分析的降维计算方法,即:首先以MELAN下限定理为基础,将结构的安定性分析离散化为寻找最佳自平衡应力场和最大载荷乘子的非线性优化问题。然后,通过对自平衡应力场空间特点的分析,确定了降维叠代、分段搜索的方法,并应用弹塑性平衡叠代结果,形成了有利的自平衡应力场搜索子空间。最后,针对所形成算式的结构特点,将多约束非线性规划问题化简为无约束求极值问题。此方法大幅度减小了结构极限与安定性分析的计算规模与运算时间,改善了求解问题的收敛性,有效地提高了计算机的解题能力,从而,使大量带缺陷结构极限与安定性的分析成为可能。 本文在全面、系统地研究平板、球壳、圆筒壳等不同结构内外表面单个球形、椭球形、长条形凹坑及多凹坑的弹性应力分布与应力集中系数的基础之上,重点研究了各种凹坑缺陷对不同结构极限与安定性载荷的影响、缺陷部位塑性区扩展规律、带凹坑压力容器不同的失效模式。同时,进一步探讨了结构极限载荷、安定性载荷与应力集中系数之间的相互关系。 本文在分析研究的基础上,给出了一系列简便、实用的应力集中系数、极限与安定性载荷计算曲线和拟合公式,并提出了带凹坑缺陷压力容器的多级安全评定方法。该方法与现有标准、规范相比,在保证安全的前提下,对凹坑缺陷容限值的规定将有所放宽,从而将会产生较大的经济效益。


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