一种基于安全设计技术条件的自增强压力容器

摘要

一种基于安全设计技术条件的自增强压力容器。用于提高容器的安全性与承载能力，解决现有技术计算烦琐、不精确或不够安全等技术问题。其技术方案要点是：该种容器塑性区深度按计算，可使残余应力不超过σ_y并不产生反向屈服；承载能力按计算，可使|σ_ej|≤σ_y和|σ_ei|≤σ_y。其中k为径比，k_j为弹-塑性界面半径与内半径之比，σ_y为屈服强度，p为容器承受的内压，p_e为非自增强容器最大弹性承载能力，σ_ej为弹-塑性界面处总应力的当量应力，σ_ei为内壁面处总应力的当量应力；k小于由确定的值时，即k＜2.024678965...时，不论k_j多大，卸除自增强压力后，容器不产生反向屈服。

主权项

一种基于安全设计技术条件的自增强压力容器，其特征是：该种压力容器的结构尺寸及承载能力按特定的技术方案确定，具体是：其整体壁厚为$t=r_i(\sqrt{\frac{2\sqrt{3}+3}{2\sqrt{3}+3-6p/{\sigma }_y}}-1);$对于k大于由公式$\frac{k^2\ln k^2}{k^2-1}=\frac{2+\sqrt{3}}{2}$确定的值的自增强压力容器，其塑性区深度按公式确定，其承载能力为其残余应力及其当量应力以如下关系式限定：塑性区：$\frac{{{\sigma }_z}^{\prime }}{{\sigma }_y}=\frac{1}{\sqrt{3}}\ln {\left(\frac{r}{r_i}\right)}^2-\frac{1}{2}=\frac{1}{\sqrt{3}}\ln x^2-\frac{1}{2},$$\frac{{{\sigma }_r}^{\prime }}{{\sigma }_y}=\frac{1}{\sqrt{3}}(\ln x^2+\frac{2+\sqrt{3}}{2x^2}-\frac{2+\sqrt{3}}{2}),$$\frac{{{\sigma }_t}^{\prime }}{{\sigma }_y}=\frac{1}{\sqrt{3}}(\ln x^2-\frac{2+\sqrt{3}}{2x^2}+\frac{2-\sqrt{3}}{2}),$$\frac{{{\sigma }_e}^{\prime }}{{\sigma }_y}=1-\frac{\sqrt{3}+2}{2{(r/r_i)}^2}=1-\frac{\sqrt{3}+2}{2x^2},$弹性区：$\frac{{{\sigma }_z}^{\prime }}{{\sigma }_y}=\frac{k_j^2-(\sqrt{3}+2)/2}{\sqrt{3}{k}^2}\text{,}$$\frac{{{\sigma }_r}^{\prime }}{{\sigma }_y}=(1-\frac{k^2}{{(r/r_i)}^2})\frac{{{\sigma }_z}^{\prime }}{{\sigma }_y}=(1-\frac{k^2}{x^2})\frac{{{\sigma }_z}^{\prime }}{{\sigma }_y},$$\frac{{{\sigma }_t}^{\prime }}{{\sigma }_y}=(1+\frac{k^2}{{(r/r_i)}^2})\frac{{{\sigma }_z}^{\prime }}{{\sigma }_y}=(1+\frac{k^2}{x^2})\frac{{{\sigma }_z}^{\prime }}{{\sigma }_y},$$\frac{{{\sigma }_e}^{\prime }}{{\sigma }_y}=\frac{k_j^2-(\sqrt{3}+2)/2}{x^2}\text{;}$其中r_i为自增强压力容器的内半径，k为自增强压力容器外半径与内半径之比，塑性区深度k_j为自增强压力容器弹性与塑性区交界面半径r_j对内半径之比，即k_j＝r_j/r_i，σ_y为自增强压力容器材料的屈服强度，p为自增强压力容器所承受的内压，p_e为非自增强压力容器的最大弹性承载能力(初始屈服载荷)，σ_z′为自增强压力容器的轴向残余应力，σ_r′为自增强压力容器的径向残余应力，σ_t′为自增强压力容器的周向残余应力，σ_e′为自增强压力容器的当量残余应力，r为圆筒壁中任意点处的半径，x＝r/r_i。