基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法技術

基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法，包括以下步驟：(1)獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量和雙關鍵點參數；(2)基于雙關鍵點求解等效屈服強度；(3)基于等效屈服強度求解鋼制壓力容器的極限承載力。該方法僅根據雙關鍵點信息，便可準確快速地計算等效屈服強度，進而求解鋼制壓力容器的極限承載力，克服了目前計算極限承載力需基于全本構曲線而帶來的計算參數要求嚴格、計算過程復雜、工程應用不便的問題，為鋼制壓力容器的極限承載力求解提供了實用便捷的求解方法。

Ultimate load analysis method of steel pressure vessel based on two critical points of yield strength and tensile strength

The analysis method of ultimate bearing capacity of steel pressure vessels the yield strength and tensile strength of double key point based, including the following steps: (1) the geometric parameters, the elastic modulus and the double key point to obtain the parameters of pressure vessel; (2) two key points based on the equivalent yield strength; (3) the ultimate bearing capacity of the equivalent yield strength for steel pressure vessels based on. The method only according to the two key points of information, can quickly and accurately calculate the equivalent yield strength, ultimate bearing capacity and solve the steel pressure vessel, the calculation of limit calculation parameters and constitutive curve based on the strict requirements of the whole complex calculation process and engineering application of the inconvenience of carrying capacity, provide a solution method practical and convenient for the ultimate bearing capacity of steel pressure vessels for.

【技術實現步驟摘要】
基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法
本專利技術涉及一種鋼制壓力容器極限承載力分析方法，具體是一種基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法。
技術介紹
極限承載力是鋼制壓力容器結構設計和安全評估的重要指標，鋼材應變硬化效應會對鋼制壓力容器極限承載力求解結果造成顯著的影響，一些壓力容器設計規范已要求需考慮材料應變硬化進行結構設計與安全評估，以充分發揮鋼材的承載能力。因而有必要開展考慮材料應變硬化的鋼制壓力容器極限承載力計算方法研究，以經濟合理地進行壓力容器設計和安全評估。目前在鋼制壓力容器極限承載力計算中考慮材料應變硬化的方法大致可分為解析法與數值法。解析法通常假定材料不可壓縮、符合簡化材料本構模型，基于塑性全量理論求解極限承載力，但這種方法往往只適用于簡單壓力容器和簡單本構模型的分析中，不能普遍適用于鋼制壓力容器的極限承載力分析。數值法通常需要根據材料應變硬化全過程曲線建立鋼材本構模型，進而結合增量加載和鋼材本構模型，模擬鋼制壓力容器的彈塑性屈服、硬化至破壞過程，求解極限承載力。然而，該類方法首先需要獲得材料應變硬化全過程曲線，其次需要通過密集采樣得到能表征應變硬化全過程曲線的鋼材本構模型，然后將鋼材本構模型全曲線信息代入非線性有限元分析中求解鋼制壓力容器極限承載力。因而，現有數值法存在計算參數要求嚴格、計算過程復雜、工程應用不便的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法。僅需要雙關鍵點的信息，就能準確、快速地得到考慮材料應變硬化效應的等效屈服強度，進而得出鋼制壓力容器極限承載力，在保證計算精度的同時簡化了計算過程、方便了應用，為鋼制壓力容器極限承載力求解提供了實用便捷的求解方法。本專利技術通過以下技術方案實現上述目的：基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法，包括以下步驟：(1)獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量和雙關鍵點參數獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量、以及屈服強度和抗拉強度雙關鍵點參數。(2)基于雙關鍵點求解等效屈服強度基于步驟(1)獲得的雙關鍵點參數，計算等效屈服強度：式中：為等效屈服強度、σf為抗拉強度、σy為屈服強度、E為彈性模量、n為硬化指數。(3)基于等效屈服強度求解鋼制壓力容器的極限承載力將步驟(2)中求得的等效屈服強度代入有限元軟件的結構分析模塊，求解壓力容器的極限承載力。所述的硬化指數，其計算模型為：式中：n為硬化指數、σf為抗拉強度、σy為屈服強度。本專利技術運用有限元分析軟件分析鋼制壓力容器極限承載力，需預先在個人計算機中安裝此類軟件。本專利技術的突出優點在于：首次提出了基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法，無需通過試驗獲取全曲線數據，只需采集材料的雙關鍵點信息，便可準確快速地求得鋼制壓力容器的極限承載力，并且擁有良好的計算精度，為鋼制壓力容器極限承載力求解提供了實用便捷的求解方法。附圖說明圖1為實施例1中壓力容器結構的有限元網格；圖2為實施例2中壓力容器結構的有限元網格；具體實施方式以下通過實施例對本專利技術的技術方案作進一步詳細描述。實施例中壓力容器極限承載力分析通過ANSYS有限元分析軟件進行，需預先在個人計算機中安裝此軟件。實施例1本實施例為基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法的具體實例，包括以下步驟：(1)獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量和雙關鍵點參數：某壓力容器的幾何參數和彈性模量如表1所示，雙關鍵點參數如表2所示。表1幾何參數和彈性模量表2雙關鍵點參數雙關鍵點參數屈服強度抗拉強度數值324.00MPa460.00MPa(2)基于雙關鍵點求解等效屈服強度基于步驟(1)獲得的雙關鍵點參數，計算等效屈服強度：其中，硬化指數n為：式中：n為硬化指數、σf為抗拉強度、σy為屈服強度。(3)基于等效屈服強度求解鋼制壓力容器的極限承載力將步驟(2)中求得的等效屈服強度代入ANSYS的結構分析模塊，建立的壓力容器結構的有限元網格如圖1所示，采用殼單元shell181模擬，對該容器進行承受均布內壓下的極限承載力分析，求解得到該壓力容器的極限承載力為8.46MPa。為了分析本方法的準確性，將本方法求解得到的該壓力容器極限承載力與實測值進行對比，結果如表3所示。表3壓力容器的結構極限承載力本方法計算值實測值誤差8.46MPa8.75MPa3.31％由表3可見，本方法的計算值與試驗值之間僅有3.3％的誤差，具有良好的計算精度，且僅根據雙關鍵點參數就能求解出該壓力容器的極限承載力，不需要通過試驗獲得材料完整硬化本構曲線，大大簡化了計算過程，便于實際應用。實施例2本實施例為基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力的又一具體實例，包括以下步驟：(1)獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量和雙關鍵點參數：某壓力容器的筒體和接管采用不同材料，筒體的幾何參數和彈性模量如表4所示，筒體的雙關鍵點參數如表5所示，接管的幾何參數和彈性模量如表6所示，接管的雙關鍵點參數如表7所示。表4筒體的幾何參數和彈性模量表5筒體的雙關鍵點參數雙關鍵點參數屈服強度抗拉強度數值316.00MPa472.00MPa表6接管的幾何參數和彈性模量參數接管直徑接管高度接管厚度彈性模量數值133mm300mm4.3mm202GPa表7接管的雙關鍵點參數雙關鍵點參數屈服強度抗拉強度數值332.00MPa490.00MPa(2)基于雙關鍵點求解等效屈服強度基于步驟(1)獲得的筒體的雙關鍵點參數，計算得到筒體的等效屈服強度為437.78MPa；基于步驟(1)獲得的接管的雙關鍵點參數，計算得到接管的等效屈服強度為455.19MPa。(3)基于等效屈服強度求解鋼制壓力容器的極限承載力將步驟(2)中求得的筒體的等效屈服強度和接管的等效屈服強度代入ANSYS的結構分析模塊，建立的壓力容器結構的有限元網格如圖2所示，采用殼單元shell181模擬，對該容器進行承受均布內壓下的極限承載力分析，求解得到該壓力容器的極限承載力為13.08MPa。為了分析本方法的準確性，將本方法求解得到的該壓力容器極限承載力與實測值進行對比，結果如表8所示。表8壓力容器的結構極限承載力本方法計算值實測值誤差13.08MPa12.50MPa4.62％由表8可見，對于兩種材料組成的較復雜鋼制壓力容器，本方法依然能夠保持較高的計算精度，與實測值的誤差僅為4.62％，證明本方法在應用于復雜結構時也具有良好的計算精度。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量和雙關鍵點參數獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量、以及屈服強度和抗拉強度雙關鍵點參數，(2)基于雙關鍵點求解等效屈服強度基于步驟(1)獲得的雙關鍵點參數，計算等效屈服強度：

【技術特征摘要】
1.基于屈服強度與抗拉強度雙關鍵點的鋼制壓力容器極限承載力分析方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量和雙關鍵點參數獲取壓力容器的幾何參數、彈性模量、以及屈服強度和抗拉強度雙關鍵點參數，(2)基于雙關鍵點求解等效屈服強度基于步驟(1)獲得的雙關鍵點參數，計算等效屈服強度：

【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉，葉征遠，陳正，張陽，李偉，
申請(專利權)人：廣西大學，
類型：發明
國別省市：廣西,45