有限元技術(shù)在搪玻璃壓力容器中的應(yīng)用研究.pdf

1、搪玻璃壓力容器因其良好的耐腐蝕性、表面光潔等特點(diǎn)，被廣泛用與制藥、化工等行業(yè)。然而，在經(jīng)調(diào)研各個(gè)搪玻璃廠(chǎng)的生產(chǎn)以及設(shè)備的使用情況后發(fā)現(xiàn)，搪玻璃壓力容器在生產(chǎn)制造中以及投入使用中搪玻璃層的爆瓷失效的問(wèn)題常有發(fā)生。由于搪燒而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，使得搪玻璃層的應(yīng)力更為復(fù)雜。因此如何準(zhǔn)確的獲得搪玻璃壓力容器的搪燒后的殘余應(yīng)力以及如何正確認(rèn)識(shí)搪玻璃層的失效準(zhǔn)則，成為設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。
　　本文借助有限元技術(shù)，首先，提出了一種更加簡(jiǎn)化的模擬方法，并

2、利用C型環(huán)試樣的搪燒實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬方法的準(zhǔn)確性。之后，對(duì)不同尺寸的搪玻璃壓力容器的殘余應(yīng)力進(jìn)行有限元模擬，分析了殘余應(yīng)力的影響因素。最后，針對(duì)搪玻璃壓力容器的搪玻璃層失效問(wèn)題。先是制作了搪玻璃以及未搪玻璃的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，利用聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)試樣搪玻璃層裂紋的出現(xiàn)，通過(guò)分析兩者的拉伸曲線(xiàn)得到了搪玻璃層的失效時(shí)的金屬基體及搪玻璃層的應(yīng)力狀態(tài)。緊接著又制作了一批含有中心孔和圓角的平板型搪玻璃試樣，同樣對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，利用有限

3、元方法先后模擬了試樣的搪燒和拉伸過(guò)程，獲得了試樣在拉伸載荷下孔口處搪玻璃層及金屬基體的受力，進(jìn)而討論了拉應(yīng)力條件下的搪玻璃壓力容器搪玻璃層的失效準(zhǔn)則。本文工作取得的主要研究結(jié)論如下:
　　(1)在對(duì)搪玻璃構(gòu)件的搪燒過(guò)程的試驗(yàn)驗(yàn)證及有限元模擬后，從試驗(yàn)的角度驗(yàn)證了本文提出的工程簡(jiǎn)化模擬方法的可行性和準(zhǔn)確性，且在引入搪玻璃材料的物性參數(shù)修正因子后，使得工程上對(duì)于殘余應(yīng)力的模擬成為可能。
　　(2)經(jīng)有限元模擬發(fā)現(xiàn)，搪燒后的搪玻璃

4、壓力容器的管口處搪玻璃層產(chǎn)生正值第一主應(yīng)力，且第一主應(yīng)力的最大值隨管口圓角半徑R增大而減小。另外搪玻璃層內(nèi)最大主應(yīng)力數(shù)值隨基材與搪玻璃層材料線(xiàn)膨脹系數(shù)差減少而減少。管口R處搪玻璃層厚度減少可使管口R處第一主應(yīng)力殘余應(yīng)力略減少。在接管內(nèi)徑為φ65時(shí)，又有如下結(jié)論:當(dāng)管口處金屬基體的圓角半徑R小于5mm后搪玻璃層殘余最大主應(yīng)力隨圓角半徑R的減少增加明顯，而當(dāng)圓角半角R增大至15mm后殘余最大第一主應(yīng)力減少趨勢(shì)變得逐漸平緩。
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