学习是个循序渐进不断积累的过程！本期总结的是“基于有限元分析的在用压力容器强度评估及缺陷处理”-2021
国内外研究的现状
在用压力容器进行强度评估和对其所含缺陷进行计算与分析是承压类设备使用管理及安全评价的重要一环。
合于使用（Fitness-for-Service，FFS）主要指是否适合服役。西方国家从 上世纪七八十年代起就将合于使用评价应用于工程中，其后又颁布了相应的技术标准，如 BS 7910 Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures（金属结构缺陷验收评定方法导则）、API 579 Fitness for-Service（合于使用）、JWES 2805 Methods of assessment for defects in fusion welded joints with respect to brittle fracture、英国中央电力局的《含缺陷结构完整性评定方法》（R6）。上述这些技术标准中多是利用应力强度因子和失效评定曲线来绘制评估图，并依据它们的位置关系来评定裂纹危险性的，总体思路大致相同。当今行业内，以美国 ASME 标准为代表的主流方法是将压力容器完好无缺陷状态下时所承受的应力和其对应的强度因子相加。这种计算方法简单易操作，多被用于分析工程中焊缝部位缺陷的评价。API579 准则中的应力强 度因子公式也提供了一种计算应力强度因子的方法，日本研究者在此基础上分析了穿透裂纹在各种作用力下的的应力强度因子，从而确定计算预测了穿透性裂纹的剩余寿命。
我国在上世纪八十年代以来一直使用《压力容器缺陷评定规范》，随后又分别于 2004 年、2018 年、2019 年发布了《在用含缺陷压力容器安全评定》（GB/T 19624—2004）和《承压设备合于使用评价（GB/T 35013—2018）及《在用含缺陷压力容器安全评定》（GB/T 19624-2019）。上述标准主要以弹塑性力学或断裂力学理论为基础进行评价，其评价的主要流程如图 所示。
压力容器定期检验方法及安全评价方法
本文该章节归纳总结了目前国内及国外现行的在用压力容器定期检验的一般方法及流程，并叙述了我国现行的压力容器安全评价方法。
在此基础上，以一台在用压力容器的首次定期检验为例，描述了定期检验的流程及具体结果，并根据现行的行业技术规范进行计算评价。评价方法具体可参照国内已发布的标准。
基于有限元分析的压力容器强度评估
本文通过对受检压力容器建立参数化有限元分析模型，首先模拟了该设备 工作状态，并对其所承受的应力进行分析。根据软件输出的应力云图分析，该压力容器在其工作压力下管接头与筒体的连接处所承受的应力值最大，为316.71MPa。然后在应力集中区域和结构不连续的危险区域分别设置了三条穿透壁厚的线性化路径。根据行业内的分析设计标准和常用的美国的 ASME Ⅷ- 2 2013 版的评定规则，对所得应力值进行评定。该设备强度能够满足相应要求。
本文还利用极限载荷分析法，假设材料为理想塑性体，采用逐步加载的 增量法求得载荷子步下最大应变节点，将对应的时间转化为载荷值，并绘制载荷-应变曲线，最后采用极限载荷准则，得到结构的极限载荷为 27.37MPa，说明该设备能够满足工作压力的运行要求。
缺陷及其几何形状对容器安全运行的影响
本文首先通过分别对圆形、椭圆形、矩形缺陷区域分别建立模型进行对比 分析，得知对于缺陷打磨的几何形状，圆形与椭圆形优于矩形，矩形的顶点处易形成应力集中；圆形因其打磨体积较大，导致有效面积减小，而椭圆形一方 面使得缺陷区域应力相对均匀的分布，另一方面也减小了打磨的体积。
本文还分别对长短径比为 20、8、4、2、1 的椭圆形缺陷的应力分布进行 比较，发现当长短径比较小时，长短径比对缺陷部位应力的分布影响不大，随着长短径比的减小略有上涨，当长短径比为1时（即缺陷打磨为圆形时）缺陷部位应力最大，这可能跟有效面积的减小有关。而当长短径比较大时，缺陷部位应力上涨明显。
根据以上结论，将所述压力容器的缺陷打磨成椭圆形凹坑，并对含缺陷容 器进行极限载荷分析，结果表明缺陷并未对极限载荷值产生实质影响，因此该缺陷是安全的。
总 结
（1）该论文尚未对裂纹扩展做深入分析，可利用专业软件对裂纹扩展的过程进行模拟和仿真，寻找阻断已存在裂纹扩展的措施；
（2）压力容器的种类和形式千变万化，不同的压力容器因其结构、材质、 介质、压力的不同，其产生的缺陷也不尽相同，如何系统化的梳理和分析不同缺陷的特性及对检验周期和使用寿命的影响还需进一步的研究。
https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=FY8FZShUIjHURDSgWgTXK7S_sG-PGFBMwe5nw9e37GmuuDQDwDpJW_djxI1kBsSuM3tVUnFLoEfKpoVnr54DDEXMCFFcCzyL0fnrNYiYRoNIK6ghio_mMviDkZ0RXyMzeFeMaAzeRq8KZbTHo-zuHg==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
参考文献
