聚合反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖
聚合反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖,聚合,反應(yīng),反映,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),12,十二,cad
附錄1:外文翻譯
強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)與壓力容器設(shè)計(jì)和分析中使用的塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)
摘要:這篇文介紹了傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完整性評(píng)估中使用的現(xiàn)代塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的重要比較。這包括(1)簡(jiǎn)要介紹ASME鍋爐和壓力容器(B&PV)規(guī)范中使用的傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),(2)討論傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)在用于預(yù)測(cè)壓力容器爆裂壓力時(shí)的缺點(diǎn)(3 )對(duì)改進(jìn)傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn),技術(shù)差距和基本需求的分析,(4)比較韌性材料的強(qiáng)度理論和塑性理論,(5)評(píng)估可用的塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及其壓力預(yù)測(cè)壓力的缺點(diǎn)( 6)對(duì)新開(kāi)發(fā)的多軸屈服準(zhǔn)則的描述及其在壓力容器中的應(yīng)用,以及(7)當(dāng)頂層壓縮薄壁壓力容器的爆破壓力時(shí),新的塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明。最后,提出了進(jìn)一步研究的建議,以改進(jìn)傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),并促進(jìn)現(xiàn)代塑料流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器設(shè)計(jì)和分析。
關(guān)鍵詞:壓力容器,管道,強(qiáng)度理論,塑性流動(dòng)理論,強(qiáng)度設(shè)計(jì),完整性評(píng)估
壓力容器是大容器,設(shè)計(jì)用于容納或輸送大體積的流體,內(nèi)部壓力大大高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。它們具有各種形狀,尺寸和操作條件,并廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆,化學(xué)反應(yīng)堆,管道,儲(chǔ)罐和油氣管道等能源和石化工程。流體可以是液體或壓縮氣體,例如原油,天然氣,汽油,氫氣,二氧化碳和其他化學(xué)或石化產(chǎn)品。許多流體是易燃的,有毒的,反應(yīng)性的,腐蝕性的或爆炸性的,因此是危險(xiǎn)的。加上高壓,如果壓力容器的設(shè)計(jì),建造,操作,檢驗(yàn),測(cè)試或修理設(shè)計(jì)不當(dāng),存在潛在的危險(xiǎn)。發(fā)生了致命的事故
壓力容器開(kāi)發(fā)和運(yùn)行歷史,對(duì)人類(lèi)、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)都有重大影響。一般來(lái)說(shuō),較大的閥體中的較高的操作壓力會(huì)產(chǎn)生更多的能量以在破裂中釋放并導(dǎo)致更差的后果。即使船只不易燃,反應(yīng)性或爆炸性,也存在危險(xiǎn)。例如,含有水或空氣的高壓容器在破裂時(shí)可釋放大量的能量。如果船只的內(nèi)容物易燃或有毒,其后果可能會(huì)大幅度放大。因此,壓力容器的安全性和完整性在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制造,施工,運(yùn)行和安全管理方面至關(guān)重要。
通過(guò)廣泛的努力和調(diào)查,多年來(lái)一直開(kāi)發(fā)出多種壓力容器技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上,壓力容器設(shè)計(jì),制造和運(yùn)行受到工程部門(mén)的監(jiān)管,并得到立法支持,如美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)鍋爐和壓力容器(B&PV)代碼[1] .Witkin和Mraz [2]討論了壓力容器的早期設(shè)計(jì)理念和基本應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。伯恩斯坦[3]評(píng)論在美國(guó)開(kāi)發(fā)的鍋爐和壓力容器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法,包括ASME B&PV Code的演變,代碼操作,規(guī)則設(shè)計(jì),分析設(shè)計(jì),故障模式,強(qiáng)度理論,設(shè)計(jì)負(fù)載和代碼案例。 Spence和Nash [4]對(duì)壓力容器技術(shù)及其發(fā)展進(jìn)行了很好的回顧,其中確定了多個(gè)里程碑,為開(kāi)發(fā)新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),分析方法,制造,操作過(guò)程和壓力設(shè)備提供了刺激。 Hasagawa等[5]回顧了日本B&PV代碼和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史背景,現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)。哈維[6]的專(zhuān)著是一本優(yōu)秀的教科書(shū),具有基本的力學(xué)理論和各種實(shí)際使用的壓力容器的基本設(shè)計(jì)方法。參考文獻(xiàn)[7]詳細(xì)介紹了核壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)踐的技術(shù)和方法。
大多數(shù)壓力容器由易碎的金屬材料(如鑄鐵)或延性材料(如碳鋼或軟鋼)制成?;诔叽?,如果壁厚小于直徑的1/10,或其他厚壁外殼,則壓力容器被分類(lèi)為薄壁外殼。在壓力容器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)中,確定破壞載荷或爆破壓力對(duì)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估至關(guān)重要。除了ASMEB和PV Code采用的傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法外,還有塑料流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和許多其他分析,經(jīng)驗(yàn)或數(shù)值方法,這些方法是通過(guò)理論建模,數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析。 Chistopher等人[8] Dwivedi和Kumar [9]提出了對(duì)薄壁和厚壁壓力容器的爆破壓力預(yù)測(cè)方法的綜述。 Law和Bowie [10]討論了用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸油或氣的高強(qiáng)度管線,即薄壁環(huán)流壓力容器的爆破壓力預(yù)測(cè)距離。 Zhu和Leis [11]在強(qiáng)度理論和塑性流動(dòng)理論方面對(duì)各種管線鋼進(jìn)行了一系列爆破壓力預(yù)測(cè)模型的評(píng)估。然而,到目前為止,在公共文獻(xiàn)中沒(méi)有提供對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和壓力容器設(shè)計(jì)和分析中使用的現(xiàn)代塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的比較研究。這促使了目前對(duì)壓力容器行業(yè)有利的研究,并促進(jìn)了ASME B&PV Code的改進(jìn)。本文簡(jiǎn)要回顧了ASME B&PV Code中傳統(tǒng)實(shí)力標(biāo)準(zhǔn)的討論,討論了傳統(tǒng)實(shí)力標(biāo)準(zhǔn)的缺陷以及改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的挑戰(zhàn),技術(shù)差距和需求。 特別注意新技術(shù)和開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和完整性評(píng)估方法,最近為由延性鋼制成的薄壁圓柱形壓力容器。 建議進(jìn)一步研究,以改進(jìn)壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完整性評(píng)估。
強(qiáng)度理論 - 應(yīng)用與挑戰(zhàn)
ASME B&PV代碼中使用的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):在壓力容器設(shè)計(jì)中,假設(shè)有兩種基本的強(qiáng)度破壞模式。一種是彈性破壞,由彈性理論決定,一般適用于厚壁壓力容器。另一種是塑性破壞,受塑性理論的約束,一般適用于薄壁或中間壁壓力容器。當(dāng)材料拉伸超過(guò)彈性極限時(shí),發(fā)生塑性變形,并且最終可能發(fā)生塑料容器破裂。與故障相關(guān)的材料性能
屈服強(qiáng)度和極限拉伸強(qiáng)度(UTS)。壓力容器通常具有多軸應(yīng)力狀態(tài)。其故障不受單一應(yīng)力分量控制,而是由容器中所有應(yīng)力分量的組合控制。為了簡(jiǎn)單,傳統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)力與材料強(qiáng)度之間的關(guān)系中,利用強(qiáng)度理論來(lái)開(kāi)發(fā)材料破壞準(zhǔn)則,用于預(yù)測(cè)壓力容器故障。經(jīng)常使用三種理論強(qiáng)度的計(jì)算方法:
最大主應(yīng)力理論或薄殼理論。 對(duì)于脆性材料在彈性失效中是有意義的:
最大剪切應(yīng)力理論或特雷斯卡理論。 對(duì)于塑性破壞的延性材料是適用的:
最大失真能量理論或von Mises理論。 它也用于塑性破壞時(shí)的延性材料:
在上述三個(gè)方程中,是主應(yīng)力,是Tresca有效應(yīng)力,是von Mises有效應(yīng)力,是臨界應(yīng)力,其經(jīng)驗(yàn)定義為屈服應(yīng)力和UTS的函數(shù)。如果, (2)和(3)分別對(duì)應(yīng)于Trescayield標(biāo)準(zhǔn)和von Mises屈服準(zhǔn)則。這兩種屈服準(zhǔn)則通常用于描述延性材料的塑性失效。如果r 0?ruts, (2)和(3)分別對(duì)應(yīng)于Tresca強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和von Mises強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為基于UTS的標(biāo)準(zhǔn),并且通常用于描述延性材料的塑性塌陷。如果r 0?r流量,則Tresca標(biāo)準(zhǔn)在公式(2)被稱(chēng)為管道行業(yè)經(jīng)常用于描述延性管道鋼的塑性破壞失效的流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
原始/舊的ASME B&PV代碼通過(guò)分析使用了剛剛提到的前兩種古典強(qiáng)度理論,并沒(méi)有使用第三種。特別是,第一節(jié)第三節(jié)第一節(jié)(NC,ND和NE),第四節(jié)和第八節(jié)第1節(jié)都使用最大主應(yīng)力理論。第三節(jié)第一部分(NB分部和NC的可選部分)和第八部分第二部分使用了最大剪切應(yīng)力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。正如參考文獻(xiàn)[7],ASME使用特雷斯卡有兩個(gè)原因標(biāo)準(zhǔn)作為通過(guò)分析程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),以預(yù)測(cè)延性鋼的塑性破壞:(a)它是保守的,(b)工程師在壓力容器設(shè)計(jì)和整體評(píng)估中使用簡(jiǎn)單。然而,普遍接受的是,von Mises標(biāo)準(zhǔn)可以更好地描述塑性變形延性材料的破壞行為。 von Mises等效應(yīng)力被認(rèn)為是對(duì)壓力容器的Tresca等效應(yīng)力的更好的故障預(yù)測(cè)因子。因此,2007年新版本的ASME B&PV Code采用了von Mises的實(shí)力標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)[12]提出了ASME B&PV Code-2007第八部分第2部分的綜述,并比較了ASMEB和PV代碼的新舊版本中使用的方法和許用應(yīng)力。
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算力學(xué)方法的快速發(fā)展,個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)經(jīng)常用于工程設(shè)計(jì)和分析中,結(jié)合使用彈塑性有限元分析(FEA)對(duì)任何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜應(yīng)力和變形計(jì)算)。數(shù)學(xué)上在應(yīng)力空間中,von Mises屈服函數(shù)是連續(xù)的,可以很容易地適應(yīng)于FEA程序中的代碼,用于復(fù)雜應(yīng)力問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算。相比之下,特雷斯卡收益率函數(shù)是不連續(xù)的,難以編碼,因此,它沒(méi)有被用于任何商業(yè)的FEA軟件。例如,常用的FEA軟件ABAQUS [13]采用了von Mises金屬可塑性流動(dòng)理論。使用ABAQUS,Stonehouse等[14]通過(guò)噴嘴獲得了壓力容器的FEA數(shù)值結(jié)果,并根據(jù)分析程序的設(shè)計(jì),對(duì)ASME B&PV Code中的彈塑性方法進(jìn)行了分析。同樣,已經(jīng)進(jìn)行了大量的FEA計(jì)算,使用von Mises理論進(jìn)行分析。 Liu et al。 [15]和Dwivedi和Kumar [16]確定了不同薄壁壓力容器的爆破壓力,Chaaba [17]獲得了厚壁壓力容器的各種材料硬化規(guī)則的塑性倒塌壓力,Rohart等。 [18]回顧了在循環(huán)壓力下具有漸進(jìn)式(棘輪)壓力容器的不同設(shè)計(jì)方法,Abdalla等[19]計(jì)算出受彎管件彎曲的限位載荷穩(wěn)定內(nèi)壓和循環(huán)彎矩。
為確保壓力容器在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不會(huì)發(fā)生故障,ASME B&PV規(guī)范規(guī)定了各種情況下允許的應(yīng)力極限,包括過(guò)度的彈性或塑性變形,彎曲,脆性斷裂,應(yīng)力破裂,塑性破壞,和別的。允許應(yīng)力定義為屈服強(qiáng)度或UTS的分級(jí)(或安全系數(shù)),例如屈服強(qiáng)度的2/3或1 / 3UTS或1 / 2UTS,并且這種允許應(yīng)力需要強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為了方便起見(jiàn),這項(xiàng)工作直接使用應(yīng)力強(qiáng)度而不是允許的應(yīng)力,并且著重于由施加的載荷產(chǎn)生的主應(yīng)力,而不是通過(guò)應(yīng)變控制條件下結(jié)構(gòu)的自約束產(chǎn)生的次級(jí)應(yīng)力。
圓柱形外殼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 圓柱形殼體是通常用于核,化石,石油化工和石油和天然氣工業(yè)的薄壁容器。 大直徑的薄壁圓柱形容器在石油和天然氣工業(yè)中通常被稱(chēng)為管道。 通過(guò)焊接連接的許多管道形成管道,以長(zhǎng)距離運(yùn)輸原油或天然氣。 圓柱殼的基本設(shè)計(jì)方法適用于管道,一般來(lái)說(shuō),在圓柱形殼體中有兩種可能的破壞方向:縱向或圓周方向。 這取決于船舶產(chǎn)生的兩個(gè)主要應(yīng)力: 一個(gè)是環(huán)向應(yīng)力,另一個(gè)是軸向應(yīng)力。
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聚合反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖,聚合,反應(yīng),反映,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),12,十二,cad
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