超高压容器疲劳设计！

超高压容器疲劳设计
    人们发现金属、非金属和复合材料等各种结构材料在变动载荷作用下都会出现疲劳现象。1972年美国材料试验学会从专业角度上将“疲劳”作为专业术语定义为：“在某些条件下，金属材料中不断发展着局部的变化过程，这些条件是指在材料某个点或某些点上产生交变应力和应变，并且当交变的次数达到一定数量之后会产生裂纹或完全断裂。”
疲劳引起的破坏是普遍而且惊人的，据统计，机械的断裂事故中80%以上是由金属疲劳引起的，位居各种破坏行业前列。以往人们认为压力容器结构是连续的，操作条件相对稳定，变形又属于弹性小变形范围，因而对疲劳发生的可能性认识不足。其实，压力容器频繁的间歇操作或操作过程中较大的压力变化、波动；周期性的温度变化对材料的影响及温度变化使容器及其部件的膨胀和压缩受到约束；强迫振动；外载的变化等等；乃至近20多年来压力容器结构趋向大型化，操作条件日渐苛刻，安全系数的降低，接管、开孔处局部应力的陡增有可能远超过材料的屈服强度。除此之外，随着操作压力的提高以及结构大型化，各种低合金高强度钢广泛被采用，屈强比提高虽然可以提高承载能力，但材料塑性储备及对应力集中的敏感性和耐疲劳抗力却有所降低，容器在制造过程中容易产生裂纹及其它缺陷，从而增加了疲劳破坏的可能性。根据国内外有关资料统计，压力容器失效事故中，疲劳失效约占30%。对于高压、超高压容器及管道、管件，虽然设计上认真选材，制造上严格检查，但由于壁厚大，应力分布不均匀，在制造和操作运行中难免出现隐蔽的缺陷，成为疲劳的隐患，由于工作压力较高，疲劳破坏产生的影响比一般压力容器严重的多，不可忽视。
超高压容器疲劳裂纹的特征。近代科学研究已证实，疲劳破坏的祸首是裂纹，疲劳破坏的过程是：零（构）件在循环载荷作用下，在局部的较高应力处，较弱的及应力较大的晶粒上形成微裂纹，然后发展成宏观裂纹，裂纹继续扩展，导致疲劳断裂。
超高压容器疲劳裂纹的基本特征是由一个缺陷开始，然后沿径向扩展成长轴平行于筒体内壁经线的椭圆状。破坏形式可有如下几种？
一、临界裂纹深度大于壁厚时，将产生缓慢的断裂破坏，即“先漏后破”，这是一种稳定的裂纹径向扩展；
二、临界裂纹深度小于壁厚时，裂纹一旦径向失稳扩展，便以音速的数量级速度传播，容器将有突然灾难性爆裂的可能；
三，在超高压管和圆筒的端部密封处，由于轴向力的作用，有时会在密封部位产生环向裂纹，这种裂纹多出现在静外压圆筒上；
四、外壁采用静液压支撑的圆筒，其裂纹沿半径方向成40º~50º的倾斜方向扩展。
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