椭圆形封头设计中的几个问题

压力容器用椭圆形封头由半个椭球面和一圆柱直边段组成．吸取了半球形封头受力好和碟形封头深度浅的优点，标准形椭圆封头更因为封头与直边连接处的不连续应力较小较易成形，因而在工程中得到了广泛的应用。下面以标准形椭圆封头为例，总结设计工作中值得注意的几个问题，供从事压力容器设计工作的人员参考。     

精馏塔再沸器失效原因分析

对代号为02E-420精馏塔再沸器检验中发现的封头直边段的裂纹,从多方面进行了分析讨论,最后判断裂纹的开裂原因为沿晶应力腐蚀,并对避免该类裂纹的产生提出了建议性预防措施。     

球形封头与筒体局部结构不连续应力分析

在某压力容器设计中,综合考虑安全性和经济性原则,对该产品的筒体和球形封头采用不同板厚制造,本文就该处局部结构不连续的应力状态进行有限元数值模拟,分析筒体与球形封头连接处的应力分布状态,为此类结构设计的尺寸优化和强度计算提供理论依据。     

高压蒸汽锅炉球形封头上非径向接管与封头连接处的应力分析

一台130t/h高压蒸汽锅炉球形封头上,因结构需要设置了两个直径为108mm的非径向接管。因为我国水管锅炉强度计算标准中未规定凸形受压元件上关于开孔补强的计算方法,为了评估该非径向接管与封头连接处的应力集中水平是否在强度允许范围内,本文采用应力分析方法得到内、外壁高应力区的应力分布曲线。结果显示,因非径向开孔引起的强度减弱已得到充分补强。     

冻胀力效应下寒区圆形隧洞稳定性的弹塑性分析

为探讨冻胀力效应对寒区圆形隧洞围岩稳定性的影响,基于考虑冻胀力影响的寒区圆形隧洞稳定性分析模型,采用内边界应力条件(σ_r|_r=r1=σ_r1)推导广义Hoek-Brown强度准则下寒区圆形隧洞塑性区的径向应力、切向应力以及塑性区半径、松动圈半径的弹塑性解。并以实际工程案例为背景,对比分析已有研究方法(即采用外边界应力条件计算),验证内边界应力条件计算方法的可行性和优越性。结果表明：地质强度指标、岩体常数、单轴抗压强度、扰动系数、隧洞开挖半径、冻胀力对寒区圆形隧洞围岩塑性区径向应力、切向应力以及塑性区半径、松动圈半径均有明显影响。其中扰动系数影响比较显著,理想爆破情况(D=0.7)与不考虑扰动情况(D=0)相比较,计算结果相对误差达到32.2%～55.8%。冻胀力的影响非常显著,冻胀力从0增大到1.02 MPa,计算结果相对误差可达到507.1%。如果忽视冻胀力影响会严重低估塑性区的径向应力和切向应力以及高估塑性区范围和松动圈范围。     

基于失效模式分析的加氢釜全面检验

基于加氢釜的结构及氢化工艺,分析其失效模式。分析表明：加氢釜失效形式主要为上封头的孔蚀和下封头的应力腐蚀。基于此、在确保检验质量的前提下尽量减少检验项目、缩短全面检验时间,安全评定加氢釜的失效现状,同时提出了此类压力容器安全运行及检验的改进建议,提高安全监管的科学性和有效性,避免事故的发生,确保设备长周期安全运行。     

φ1．4m尿素合成塔基体的应力腐蚀裂纹

国内中、小型化肥厂普遍采用水溶液全循环法生产尿素的工艺流程，φ1．4m尿素合成塔是核心设备．其壳体包括上、下封头和筒体．筒体由多层包扎式结构的筒节组焊而成。内层包含上、下封头的尿素级奥氏体不锈钢堆焊层和筒节的尿素级奥氏体不锈钢内简体．基体包含上、下封头的低合金钢基层板和筒节的多层低合金钢的层板．     

非对称开采条件下工作面“多向应力”变化特征研究

在非对称开采条件下,工作面受上覆岩层自重应力、超前支承应力、采空区侧向支承应力和回风巷煤柱应力等“多向应力”叠加影响,使得工作面应力呈“非对称”性。为研究非对称开采条件下工作面“多向应力”变化特征,基于微震监测、应力在线监测和理论计算,对母杜柴登煤矿30202工作面回采过程中所形成的非对称开采条件下的应力变化进行分析;并基于工作面所受应力条件和围岩体结构条件,分析了“多向应力”叠加显现机理。结果表明:30202工作面回采期间,煤柱支承应力沿走向分为应力升高区、应力明显降低区、应力缓慢降低区和应力稳定区,其应力峰值主要集中在工作面前方40 m左右,应力集中系数平均为1.61;在非对称开采阶段,在走向方向工作面超前支承应力影响范围较回采初期增加了100 m左右;在不考虑垂直应力影响的情况下,相邻工作面采空区的侧向应力对30202工作面倾向方向的影响范围为44 m,应力最大值为56.1 MPa。在“多向应力”耦合作用下工作面在回采过程中产生能量集聚,并在采动扰动下发生能量释放,满足了大能量事件发生的基本应力条件;同时在扰动条件下采空区发生高位顶板错动,以及围岩支护薄弱为大能量事件的发生提供了围岩结构条件。研究结果可为工作面非对称开采条件下采场矿压显现规律研究、顶板控制和巷道支护设计提供指导。     

露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式研究

边坡稳定性问题随露天矿开采的进行不断突出,而边坡软弱岩层严重影响边坡稳定性。大量工程实例显示,露天矿含软弱岩层组的高陡复杂边坡失稳模式通常为“坐落-滑移式”破坏。为明晰露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式的破坏机理,以某露天矿为例,提出一种针对露天矿含软弱岩层组高陡复杂边坡的综合分析方法。研究结果表明：采用工程地质分析、传统极限平衡方法和数值模拟分析相结合的综合分析方法,针对该类型复杂边坡可发挥不同分析方法的优势,较全面地从地质自然环境条件、定性定量方面、应力应变角度分析边坡破坏机理及模式,总结归纳出含软弱层组露天矿高陡复杂边坡“坐落-滑移式”破坏的“坐落-滑移-剪出”三段式破坏特征,为其他类似复杂边坡稳定性的分析和防治提供思路和手段。     

内部爆炸载荷作用下容器动力响应的数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力学有限元程序,采用流固耦合算法,对平板封头圆柱形爆炸容器(长径比1∶1)在内部爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟;研究容器壳体和平板封头典型位置的内部爆炸载荷和等效应力的历史;分别给出壳体和平板封头的应力云图;分析对比壳体和封头不同位置应力响应。数值模拟结果为爆炸容器的经验设计和防护提供了科学依据。     

乙二醇不锈钢蒸发器贴补焊残余应力数值模拟

某厂乙二醇不锈钢蒸发器在检修过程中发现封头与筒体环焊缝处存在大量裂纹,失效原因为晶间应力腐蚀开裂。采用加内贴板补焊的措施来进行修复,焊接残余应力是影响贴补焊接头完整性的主要因素之一。本文采用有限元法对贴补焊产生的残余应力进行分析,比较手工电弧焊（MAW）和钨极氩弧焊（TIG）两种方法对残余应力分布的优劣,得到贴补焊接头的残余应力分布状态。结果表明：钨极氩弧焊所产生的残余应力较小,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性,提高贴补焊结构的完整性。     

直埋热力管道应力及热位移的分析

分析了直埋敷设热力管道在温度循环变化过程中应力、热位移等参数的变化特点。通过分析了某种布置管段工作中应力、热位移等参数的变化,研究了直埋敷设管道热位移对管道安全的影响。     

封头最小成形厚度的施工图标注与计算书输入

在压力容器设计换证审查时,对施工图中封头的名义厚度和最小成形厚度标注及计算书的输入提出了质疑。对此以实例从封头的名义厚度影响许用应力及技术条件和最小成形厚度影响有效厚度及计算结果的准确性进而关系容器建造的安全可靠性进行了讨论,认为施工图设计应限定封头的名义厚度,最小成形厚度以标注为宜,而SW6数据输入应增加“成形减薄量C3”项。建议GB150的术语符号引入C3,GB／T25798应完善封头威形厚度减薄率,《压力容器定期检验规则》应监督封头制造的成形厚度减薄率,以为容器设计提供支撑。     

压力容器安全技术基础知识讲座(十一)

传统的压力容器强度设计观点是假设材料为均质连续的理想固体。根据强度理论,只要压力容器的工作应力(σ)不超过材料的许用应力(〔σ〕),其结构就是安全可靠的。随着生产的发展、设备的大型化、低合金高强度钢的采用以及操作条件的苛求,压力容器出现了“低应力脆断”现象,即构件在应力远低于材料的强度极限就失效了。比较著名的事故是:50年代美国北极星导弹固体燃料发动机机壳在实验发射时的爆炸事故,法国核电站的压力容器和英国核电站的大型锅炉的脆性破裂事故等。产生“低应力脆断”的主要原因在于容器本身不可避免地带有裂纹或缺陷。对此,传统的应力强度观点已无能为力,目前只能借助断裂力学的观     

巨厚砾岩作用下底板冲击地压诱发机理及过程

以千秋煤矿21141工作面下巷冲击地压发生的地质和采掘情况为基础,建立煤层巷道底板冲击地压诱发机理模型。水平应力的大小是影响巷道底板岩层稳定性的最主要因素,并确定最大水平应力的计算方法。采场上覆巨厚砾岩层断裂所产生的动载扰动能使巷道底板水平应力瞬间积聚升高。数值模拟分析得出,随着动载应力和加载时间的增加,巷道底板变形量、变形速度和加速度都明显的大幅度增加;同时巷道围岩塑性区也逐渐扩大。研究表明采场上覆巨厚砾岩层断裂、垮落对煤层巷道所产生的动载扰动会诱发规模较大的冲击地压,巷道底板由于缺少有效支护会成为冲击破坏的突破口。     

热水管道直埋敷设的分析和设计

为了保证化工生产装置的安全性,提出了把废热水管道在生产装置中进行直埋敷设的思路.通过对热水管道直埋敷设的应力和失效分析,给出了完整的热水管道直埋敷设的设计与实现方法,同时对热水直埋管道的局部稳定性进行了分析.     

水平应力对半圆拱形巷道围岩应力分布及变形特征影响

水平应力是影响巷道围岩应力分布及变形破坏特征的重要因素,通过数值模拟方法研究了水平应力对直墙半圆拱形巷道围岩应力场、塑性区、位移场分布规律的影响,进而为确定巷道支护形式提供一定的理论依据。研究表明:影响巷道稳定性的关键因素是巷道周边的环向应力集中,随侧压力系数λ的增大,帮部围岩的竖向应力集中向顶、底板转移,从而引起塑性区向顶、底板转移,塑性区范围向顶、底板围岩内部扩展,巷道稳定性降低。当λ取值不同时,在巷道顶底板会产生相应的环向或径向拉应力区域,在拉伸作用下围岩整体性能降低,易发生压拉破坏。随λ增大,巷道帮部变形量逐渐增大,顶板下沉量先减小后增大最后减小,底鼓量先减小后增大。     

关于椭圆型封头的射线检测问题的探讨

针对椭圆型封头曲率半径不断变化的特点，将椭圆型封头划分为大圆弧、小圆弧和直边段三部分，分别确定了大圆弧和小圆弧的曲率半径，并根据K值分别计算各部分的一次透照长度，确定各部分的透照焦点位置范围及曝光次数，以提高椭圆型封头检测质量和效率。     

直边坡参数对边坡稳定性的影响

采用量纲分析的方法给出直边坡几何参数和物理力学参数决定边坡稳定系数的通式。首先,边坡高度H和边坡角α被确定为直边坡的几何参数,抗拉强度σt、黏聚力C、内摩擦角和岩土比重γ被确定为直边坡的物理力学参数;其次,采用量纲分析的方法,形式上给出边坡稳定系数F的通式,F=qαpα(C/Hγ)pcφpφ(σt/Hγ)pσ;再次,为了得到待定系数q和待定指数pα、pc、pφ、pσ,通过最小二乘法对数万个计算结果进行回归分析(每个结果都是通过FLAC计算将确定的直边坡参数与它的稳定系数形成对应)。结果表明,在一定的取值范围内,边坡稳定系数的表达式为F=4.63/α(C/Hγ)0.17φ0.83。可见,受MohrCoulomb和拉应力两个强度准则控制的岩土材料形成的直边坡的稳定性受无量纲的黏聚力、边坡角(角度)、内摩擦角(角度)的控制,与抗拉强度关系不大。无量纲黏聚力是黏聚力除以边坡高度和岩土比重。     

巷道顶板三维板梁结构的传力机制研究

为了揭示巷道开挖前后,巷道顶板三维板梁结构内应力场的演化规律,通过建立层状岩层的承载传力力学模型,研究了层间结构面和层状岩体变形对承载和传递应力的扰动作用,提出了层间结构面和层状岩体承载传力的能量分析方法,确定了层状岩体的应力传递和应变能密度解析解,揭示了结构面储能和层状岩体承载传力的影响规律,并在淮南张集矿1412A工作面开展工程应用。结果表明:法向刚度和切向刚度决定了层间结构面的储能能力,法向应力和切向应力决定了结构面的实际储能大小;岩层的承载应力并非等于上部岩层的负重,而是上部岩层的作用应力、自重应力、下位岩层的作用应力叠加的结果;应力传递效率与相邻上下层岩层的容重比呈正相关关系,与层厚比呈负相关关系,与弹性模量比呈负相关关系;1412A工作面开采时,1#煤顶板第1层薄的软弱泥岩无法承载上方岩层的重量,第2层厚的中砂岩可以承载上方岩层及自身重量,载荷应力为0.90 MPa,计算得到该类条件下基本顶初次断裂步距为30.7 m,与现场实测结果基本一致。