【精品文档】压力容器设计技术进展
50页1、第六章 压力容器设计技术进展 III,1,第六章 压力容器设计技术进展,第一节 近代化工容器设计技术进展概述 第二节 化工容器的应力分析设计第三节 容器的疲劳设计第四节 容器的防脆断设计及缺陷评定第五节 化工容器的高温蠕变第六节 化工低温压力容器,第六章 压力容器设计技术进展,2,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变 一、金属材料的高温蠕变 二、化工容器的高温设计 三、高温压力容器的残余寿命,第六章 压力容器设计技术进展,3,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,大量的化工容器是在高于室温的条件下工作的。金属材料的强度随温度而发生变化。 对高温压力容器要区别两种不同的情况。 第一种是工作温度在容器材料的蠕变温度以下,设计时是以该材料在工作温度下的机械强度为基准,按通常的安全系数选取许用应力。 第二种是工作温度在容器材料的蠕变温度以上,此时必须考虑材料的蠕变特性,按照容器的设计寿命来确定许用的应力水平。本节要讨论的是第二种情况。,4,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,蠕变温度指
2、材料开始呈现蠕变现象的温度,对各种不同材料是不同的。一般金属材料的蠕变温度Tc为:,式中,Tm为金属材料的熔点(K)。实际上,每种具体钢号或金属牌号都有不同的蠕变温度。大体上:碳钢 350oC 低合金钢 400450oC 耐热合金钢 600oC,有色金属及其合金的蠕变温度较低,如铅及钛等在室温时受载就会发生蠕变。 当金属材料在高于蠕变温度的温度下工作时,会产生两种现象:蠕变变形与蠕变断裂。在这里不作金属学的探讨,而从工程应用的观点作现象学的分析。为了叙述简便,下面把“高于蠕变起始温度”简称为“高温”。,5,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,金属材料在高温与应力的共同作用下,会产生缓慢的不可回复的变形,称为蠕变变形,如以应变表述,即为蠕变应变ec。,(一)蠕变变形,在光滑试样单向拉伸试验下,在恒定温度与恒定应力作用下,试样的应变时间关系如图所示。 蠕变变形有三个阶段,第一阶段(01)为降速阶段,第二阶段(12)为恒速阶段,第三阶段(23)为加速阶段,到点3发生断裂。,6,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料
3、的高温蠕变,(一)蠕变变形,7,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,在高温和应力的长时间作用下,金属材料到一定时间就会断裂,从下面两张图可以看出。蠕变断裂寿命2R(小时)随应力的降低而延长。通常用光滑试样在恒定应力和恒定温度下作试验。在一定应力下的蠕变断裂时间称为该应力下的蠕变断裂寿命,反过来,在一定时间下产生蠕变断裂的应力称为该时间内的“持久强度”。,(二)蠕变断裂,8,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,多个试样在不同应力水平下进行试验,得到材料的持久强度与蠕变断裂寿命的关系曲线。 多个试样在不同应力水平下进行试验,得到材料的持久强度与蠕变断裂寿命的关系曲线。,(二)蠕变断裂,多数钢材,应力-寿命曲线有一个转折点F,标志断裂机制的转变。 当应力高于F点时,断裂是穿晶的,断口为韧窝状,纵断面上可观察到晶粒的拉长。 当应力低于F点时,断裂机制为沿晶界面的断裂(沿晶断裂),晶界上由于孔穴或微裂纹的积聚连贯而最终导致沿晶的宏观裂纹扩展,引向断裂。,9,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的
4、高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,蠕变与持久试验中数据的分散性很大,要在相当多的试样的基础上才能得到一条代表性的平均曲线。如果曲线的两段均可近似地看作直线,则s与tR的关系可用下式表述: 式中,指数m为负值。显然,对二段曲线,B与m的值是不同的。,(二)蠕变断裂,工程上,由于设计寿命要求较长,在105h以上,所以s较低,此情况,是沿晶断裂,且总应变量比较小,所以失效时呈现“脆性断裂”的特征,但实际上与通常意义上的脆性断裂是有区别的。,tR:断裂寿命,10,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变,一、金属材料的高温蠕变,以上都是在高温下作长时间试验的情况。 高温下短时拉伸试验,仍然可以获得材料在该温度下的屈服点sy抗拉强度sb与塑性形变曲线。但试验的速度相对要快一些。 若试验速度慢于高应力下的蠕变速度,则会出现应力平台,此时应力上不去而应变不断增加。图示是高温下短时拉伸试验的示意图。 高温短时拉伸曲线(快速拉伸)有时对计算应力集中部位初始加载时的变形量有用。,(二)蠕变断裂,11,第六章 压力容器设计技术进展,第五节 化工容器的高温蠕变 一、金属材料的高温蠕变 二、化工
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