陈钢[1]1994年在《含凹坑缺陷压力容器极限与安定性数值分析》文中指出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。
刘应华[2]1995年在《结构极限与安定分析的数值方法研究及其工程应用》文中指出当前极限与安定性研究的一个重要课题是研究应用的策略，寻找切实可行的计算方法，使极限与安定性理论得以在工程实际中应用。本文深入、系统研究了结构极限与安定分析的数值理论和计算方法，并运用于带体积型缺陷压力容器的安全评估中。 本文发展了三维结构极限上限分析的数值方法．基于凸分析和非光滑分析理论，通过采用罚一对偶方法，成功地解决了三维极限上限分析中的塑性不可压问题，建立了三维结构上限分析的有限元规划格式，并给出了相应的无搜索优化迭代算法，克服了目标函数非线性非光滑所导致的数值困难。 本文发展了轴对称结构极限下限分析的一种有限元计算方法。根据下限定理，通过引入P泛数，并采用应力函数法构造平衡应力场，建立了极限下限分析的有限元数学规划格式。采用修正的Newton—Raphson迭代算法求解了非线性规划问题。 针对两种放松的机动安定准则，建立了相应的三维机动安定规划格式，提出了各自的数值或解析求解方法。根据凸分析和对偶理论，建立了三维机动安定分析的有限元规划格式，采用一套直接迭代算法求解，每一内部迭代相当于求解一个相关的弹性问题。 根据Melan定理，采用杂交应力元构造自平衡应力场，使用单元内屈服条件平均化的思想，建立了静力安定分析的有限元非线性规划格式。通过采用弹塑性分区降维迭代法，克服了安定分析中的维数障碍，使得求解大规模非线性规划问题成为可能。 利用本文所提出的数值方法，对带体积型缺陷压力容器进行了数值极限与安定分析。研究了各种类型体积型缺陷对受压容器的失效模式及极限与安定载荷的影响，给出了一系列极限与安定载荷计算曲线与拟合公式。本文的计算结果为带体积型缺陷压力容器的安全评估提供了理论依据。
刘应华, 陈钢, 徐秉业[3]2010年在《结构的塑性分析与含体积型缺陷压力容器和管道的失效评定》文中研究表明本文简要综述了作者及其团队近十多年来在这一领域的系统研究成果-结构塑性极限与安定分析的数值理论及其在压力容器与管道安全评定方面的工程应用.重点介绍了多种典型的先进数值计算方法的特点和思路,阐述了应用极限与安定分析理论解决工程实际问题的一般方法、思路和过程,突出展示了典型、成功的工程应用案例.这些成果既有理论创新和发展,又解决了工程中关键技术难题,形成了较为完整和一般通用的应用理论体系,构成了我国在这一领域的重要系统性创新成果,已被中国国家标准(GB/T19624-2004)和政府技术规范采纳.
杨彬[4]2001年在《三维含缺陷压力管道的极限与安定分析》文中认为结合国家“九五”重点科技攻关项目,本文深入系统地研究了三维结构下限极限和安定分析的数值理论和计算方法,并应用于含凹坑缺陷压力管道的安全评估中。 本文发展了三维结构极限下限分析的数值方法,建立了求解极限载荷的数学规划格式。为了克服数学规划问题维数过大所带来的困难,本文采用结构弹塑性增量有限元分析同一增量步两次迭代的应力之差构造自平衡应力场,大大降低了问题的未知变量数。采用一种改进的SQP算法求解降维后的非线性规划问题,提出了用可行性约束集方法求解二次规划子问题,来降低问题的约束数。通过典型数值算例,验证了本文所提出的算法的精度和效率。 本文研究了三维结构静力安定性分析的有限元数学规划方法,通过引入基准载荷域载荷角点的概念,消除了静力安定格式中由于时间参数的存在所造成的求解困难。通过本文所建立的数值方法,对典型三维结构的安定载荷进行了计算,并通过后处理程序分析了结构在不同情况下的破坏模式,这在工程结构的安定分析中具有很重要的意义。 本文提出了随动强化材料三维结构静力安定分析的数学规划方法,提出了一种构造背应力矢量的简化方法,克服了求解强化材料安定问题所面临的困难。通过典型算例,得出了一些有意义的结论。 利用所发展的数值方法,本文对含不同形状和尺寸凹坑缺陷的直管和弯管结构进行了全面系统的塑性极限和安定下限分析,获得了一系列极限与安定载荷曲线,并通过后处理程序分析了不同缺陷和载荷情况下的破坏模式,得出了一些有价值的结论,文中还提出了对含缺陷复杂管系结构进行极限分析的一种简化数值方法,克服了对含缺陷管系结构进行安全评估的困难。。本文的计算结果为含缺陷压力管道的设计与安全评估提供了理论依据。
陈钢, 徐秉业[5]1997年在《含凹坑缺陷球壳极限与安定性载荷的数值分析》文中研究指明本文通过极限与安定性分析的降维叠代方法．系统地研究了不同形状、尺寸的表面凹坑缺陷对球形压力容器强度的影响,重点分析了含各种凹坑缺陷结构的失效模式和极限承载能力．给出了带凹坑缺陷球形压力容器极限载荷计算的单参数拟合公式,并进一步探讨了用剩余承载截面法和弹性应力集中系数法等简化方法估算结构极限载荷与安定载荷的可能性和适用范围。
王宁[6]2013年在《考虑高温蠕变损伤的含体积型缺陷承压结构的塑性承载能力分析》文中提出在电力、石化、核能及航空航天等工业领域中,广泛采用高温工艺。在高温下长期服役的结构部件中,不可避免地产生蠕变损伤。加之在制造和服役过程中常常产生夹渣、凹坑、减薄等体积型缺陷,削弱了结构的极限承载力。传统的安全评定规范不考虑结构中蠕变损伤的累积对结构极限承载力的影响,可能导致不合理的评定结果。本文针对这一问题,考虑蠕变损伤对极限载荷的影响,基于“合乎使用”的原则,通过理论计算与数值模拟相结合的方法,构建了耦合材料蠕变损伤的弹塑性本构模型,系统地研究了含体积型缺陷高温结构的极限载荷,提出了考虑结构中蠕变损伤累积的安全评定方法。论文的主要研究工作及结论如下：(1)基于幂律强化材料本构模型,推导了无缺陷厚壁及薄壁圆筒的内压极限载荷的解析解。用有限元计算了结构尺寸及材料参数对无缺陷圆筒的内压极限载荷的影响规律,并验证了解析解。(2)通过实验观察,分析了2.25Cr1Mo钢蠕变损伤的物理机制和影响因素,并将这些因素耦合到弹塑性本构方程中；构建了基于Ramberg-Osgood方程的耦合蠕变损伤的弹塑性本构模型,可以预测含蠕变损伤的高温结构的弹塑性响应,为计算含蠕变损伤高温结构的极限载荷奠定基础。(3)基于该弹塑性本构模型,运用有限元计算分析了各种形状尺寸的凹坑及局部减薄缺陷的圆筒形容器在内压或弯矩的作用下,塑性区域的扩展过程和失效模式。着重分析了缺陷尺寸和蠕变损伤累积对结构塑性极限载荷的影响规律。(4)考虑了结构中的蠕变损伤累积,建立了基于归一化的蠕变时间和归一化的缺陷尺寸为参量的安全评定方法。可以简便地进行含体积型缺陷高温结构的安全评定。
孙阳[7]2011年在《结构安定性数值分析方法及其工程应用研究》文中指出安定性是对结构在复杂加载条件下塑性行为的研究,为预测复杂加载尤其是循环或变化重复荷载作用下结构的响应提供了强有力的分析工具。现有的安定数值分析方法主要是以数学规划思想为基础,计算量大、求解效率低,且难于应用到实际工程中。本文针对目前安定研究领域中存在的问题,结合钢材的室内棘轮安定试验,提出了一种便于实施且求解效率较高的基于能量原理的安定下限近似数值计算方法,并将其应用于不同的工程实践中,拓展了安定理论的应用范围。本研究的主要内容与成果如下:(1)室温下对DH36钢进行了考虑加载波形、加载速率、应力比、平均应力、应力幅历史影响的单轴棘轮安定试验,揭示了该材料应力循环下棘轮安定行为特性,为文中安定性数值分析方法的实施提供了试验依据。(2)结合DH36钢棘轮安定行为的试验结论,将基于能量原理的杆件结构安定分析思想拓展到连续体结构的安定分析中,给出了一种可以求解连续体结构安定下限近似解的数值分析方法。这种方法以结构吸收的塑性能作为安定判断准则,通过特殊的加载方式,使结构形成求下限解所需的最佳残余应力场。它避开了传统的数学规划方法,具有物理概念清晰、易于实施、计算效率高的优点。(3)将安定理论引入到考虑波浪荷载往复作用的深水半潜式海洋钻井平台撑杆结构的极限强度分析中。基于半潜平台的整体三维模型,建立了撑杆的细化局部模型,对压-弯受力情况下的撑杆进行了考虑加载角度、外壳厚度、加劲肋厚度、加劲肋间距四种设计参数的安定性数值分析。计算结果表明,安定极限随着撑杆外壳厚度和加劲板厚度的增加而增加,随着加劲板间距的增大而减小,α=0°情况下的整体安定极限值比?=90°情况下的安定极限值大。(4)将安定性数值分析方法应用于交通工程结构的承载力评价中,对循环交变车辆荷载作用下的结构承载力进行了考虑多种因素的安定分析。结果表明,安定极限是介于塑性极限和弹性极限之间的较为的合理承载力评价参数值,可在保证结构安全性的前提下,较大限度地发挥材料的潜能。(5)对沉井后背土体的扰动情况进行了现场测试以及理论分析,然后将基于能量原理的安定性数值方法引入后背土体位移分析中,给出了预测后背土体位移的安定分析步骤。数值结果在用原位测试数据对比验证后,分析了顶力位置、土体弹性模量、沉井后背墙厚度、顶力大小对沉井后背土体位移的影响。结果表明,后背土体位移随着顶力位置上移及顶力增大而增大;随着土体弹性模量的增大而减小;随着沉井后背墙厚度减小而增大。
俞跃, 张硕[8]2015年在《“压力容器极限与安定性分析及体积型缺陷安全评估方法研究”概况》文中提出"压力容器极限与安定性分析及体积型缺陷安全评估方法研究"是"八五"国家重点科技攻关课题"在役锅炉压力容器安全评估与爆炸预防技术研究"的主要成果之一,本文以该成果的"国家科学技术奖励推荐书"为基础,对成果及其背景与应用情况做一概述。
张志豪[9]2017年在《大口径含椭球型凹坑缺陷弯管极限承载能力研究》文中研究表明腐蚀凹坑是石油天然气长输管道中常见缺陷之一。存在腐蚀凹坑的管道并未完全失去承载能力,此时对管道进行维修或更换,在一定程度上增加了经济成本。为充分利用管材性能,减低管道维修和更换频率,有必要对含腐蚀凹坑缺陷的管道进行精细的力学分析,以此得出管道的极限承载力。而弯管作为管道运输中必不可少的部分,在服役时受力更为复杂,作为为长输管道中的应力集中部位,出现凹坑缺陷会对管道安全增加风险。对弯管部分进行极限承载能力分析对于保障管道安全和减少经济损耗具有重要意义。论文以外径为1016mm和1219mm的两种管弯管,曲率半径为6D,材料为X80的90°弯管为研究对象,根据内压作用下管道的应力相关理论,与有限元模拟软件ABAQUS相结合,研究了含不同凹坑缺陷弯管的极限承载能力。论文对内压作用下管道的环向和轴向应力进行理论分析,选择了塑性失效准则和二倍弹性斜率法作为本文的极限载荷确定方法。运用ABAQUS软件对无缺陷弯管进行建模分析,与理论计算值对比分析,确定边界条件可靠性。采用相同边界条件对二十五个缺陷位置、六种缺陷深度、五种缺陷长度、四种缺陷宽度和三种管道壁厚进行建模分析,共得到134个不同缺陷参数的极限载荷值,并研究了各项参数变化下的弯管极限载荷变化规律,对各项缺陷参数进行数值拟合。使用MATLAB软件对各项拟合公式与极限载荷数据进行非线性回归,得到了含缺陷弯管的极限载荷求解公式,并验证了其合理性。最后使用Visual Basic语言将整合公式编制成含缺陷及无缺陷弯管极限载荷计算软件,给实际工况的大口径弯管安全评定参考的作用,为管道的及时维修和更换提出建议。论文研究成果可以为同等工况下的管道运营决策和处理提供科学的指导意见,在保障安全的前提下,进一步发挥了管道材料的潜能,减少了不必要的经济损耗,同时也可以为大口径含缺陷弯管的完整性评价及剩余强度评价提供指导和借鉴意义。
张翼[10]2006年在《边缘应力区局部减薄强度特征的研究》文中研究指明本文针对压力容器中边缘应力区域的局部减薄问题,将减薄区域简化为椭球缺形凹坑,采用有限元分析方法,分析了接管—圆筒体(Ⅰ模型)和封头—圆筒体(Ⅱ模型)两种典型情况下的局部应力场,研究了凹坑尺寸与相对位置对凹坑表面应力分布以及应力集中系数的影响。计算结果表明:对于Ⅰ模型,凹坑表面的应力水平随凹坑的长轴和深度的增加而增加,随着距连接边缘的距离增加而减小;对于Ⅱ模型,凹坑表面的应力随深度和距连接边缘的距离的增加而增加,随长轴的增加而逐渐减小。通过对凹坑表面应力集中系数的计算结果分析,得到影响凹坑表面应力集中系数的主要因数有凹坑坡度(C/A)、凹坑的相对厚度(C/T)和凹坑的相对位置(D/Ln和凹坑的长轴平行或垂直于筒体的轴向以及位于筒体的内外表面),并给出了在两个连接边缘应力区凹坑表面应力集中系数的计算公式。本文还讨论了凹坑尺寸和相对位置对凹坑处的薄膜应力、薄膜应力加弯曲应力,以及凹坑处极限载荷的影响规律。根据极限载荷分析结果,讨论了《压力容器定期检验规则》第40条中的无量纲参数G0在边缘应力区的判据,提出当G0<0.026时,位于边缘应力区的凹坑在允许的范围内,为修订G0的使用范围提供了依据。
参考文献：
[1]. 含凹坑缺陷压力容器极限与安定性数值分析[D]. 陈钢. 清华大学. 1994
[2]. 结构极限与安定分析的数值方法研究及其工程应用[D]. 刘应华. 清华大学. 1995
[3]. 结构的塑性分析与含体积型缺陷压力容器和管道的失效评定[J]. 刘应华, 陈钢, 徐秉业. 固体力学学报. 2010
[4]. 三维含缺陷压力管道的极限与安定分析[D]. 杨彬. 清华大学. 2001
[5]. 含凹坑缺陷球壳极限与安定性载荷的数值分析[C]. 陈钢, 徐秉业. 第四届全国压力容器学术会议论文集. 1997
[6]. 考虑高温蠕变损伤的含体积型缺陷承压结构的塑性承载能力分析[D]. 王宁. 华东理工大学. 2013
[7]. 结构安定性数值分析方法及其工程应用研究[D]. 孙阳. 上海交通大学. 2011
[8]. “压力容器极限与安定性分析及体积型缺陷安全评估方法研究”概况[J]. 俞跃, 张硕. 中国特种设备安全. 2015
[9]. 大口径含椭球型凹坑缺陷弯管极限承载能力研究[D]. 张志豪. 西南石油大学. 2017
[10]. 边缘应力区局部减薄强度特征的研究[D]. 张翼. 天津大学. 2006