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压力容器用钢疲劳可靠性研究

卜海峰  
【摘要】: 疲劳破坏在现代工业中是十分普遍的,尽管人们对疲劳问题已引起重视,但 是,近年来疲劳事故仍然不断发生。因此克服疲劳、消除隐患,用疲劳分析方法 指导设计已成为现代工业技术中的重要课题。目前机械工程设计处于变革时代, 正由传统的“安全系数”保障强度裕量的设计朝向以力学分析和概率方法相结合 的可靠性设计演进。概率疲劳是用概率统计方法研究机械零件和结构构件的疲劳 损伤,根据其存在的不确定性因素及分布进行疲劳强度分析的一门学科。疲劳试 验数据的离散性,零件和构件加工允许的尺寸偏差,材料中分布的原始缺陷,以 及受载零件危险部位应力响应的分布特性等,都说明应力和强度以及影响它们的 因素都是随机变量,它们有各自的分布形式,应该用概率统计理论和方法来处理, 才能使疲劳强度在工程中所确定的寿命,成为保证某一概率下的可靠寿命。 国产WDL钢种是一种对焊接冷裂纹敏感性低、焊接前不要预热或稍加预热 而不产生焊接冷裂纹的钢板。该钢种的全称为低焊接裂纹敏感性07MnCrMoV系 列钢(简称WDL钢)。对WDL钢种进行系列规范性的概率断裂力学试验研究, 不仅为压力容器的安全评定和可靠性分析打下基础,同时为压力容器评定规范研 究打下基础。特别是对首都周围的石化企业中的压力容器安全评定研究。在燕山 石化总公司、东方炼油厂等单位拥有该钢种建造的压力容器数十台,这些设备的 安全运营直接关系到北京的经济建设与安全。 本文运用概率疲劳的基本原理,对武汉钢铁公司WDL钢种中的WH530钢 和WH610D2钢的标准疲劳试样,通过成组试验方法,测定上述两种材料的概率 疲劳寿命,分别做出他们的P-S-N曲线。并利用数理统计理论,探讨P-S-N曲线 的广义描述方法,P-S-N曲线方程参数的估计方法,以及对应不同应力水平下的 材料疲劳寿命在给定置信度下的置信区间估计方法。 通过上述试验研究与理论分析,给出WH530和WH610D2两种钢材的疲劳 性能参数,并给出这两种钢材的疲劳可靠性曲线,为工程应用提供依据。并利用 概率疲劳的基本理论,得出材料疲劳可靠性估计的广义方法。


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