貯氫壓力系統(tǒng)結構安全評定研究.pdf

1、貯氫壓力系統(tǒng)是一類用于加注、貯存及快速釋放氫的小型裝置,其安全性是產品壽命周期內關注的重點。貯氫壓力系統(tǒng)結構較為復雜,存在焊接,缺陷不可避免。對于產品在制造和運行過程中出現的缺陷,遵循“合于使用原則”,以斷裂力學方法為基礎,開展結構缺陷的檢測與計算分析,評估產品的安全性,從而決定其是否還允許繼續(xù)使用,是一類合理有效的工程評定方法。基于J積分理論的失效評定圖技術由于理論嚴密,適用于多種失效模式,已經成為目前國際上“含缺陷構件安全評定標準”

2、的主流方法,本文基于此技術開展貯氫壓力系統(tǒng)主體承載結構安全評定工作。
　　 本文首先依據BS7910、SINTAP和GB／T19624標準,根據貯氫壓力系統(tǒng)結構、制造、材料及載荷特點,擬定了結構安全評定程序及項目；然后開展了系統(tǒng)結構缺陷檢測與表征,材料性能參數獲取,結構應力求解三項研究工作；最后基于Ainsworth和通用失效評定曲線構建理論、GB19624和BS7910塑性截止線規(guī)則,建立系統(tǒng)結構安全的失效評定圖,計算不同缺陷

3、參數評定點繪于失效評定圖中,由圖給出貯氫壓力系統(tǒng)結構安全評定結論,并計算評定點安全系數和最大缺陷尺度下的極限載荷。
　　 研究結論包括:貯氫壓力系統(tǒng)結構主缺陷為焊縫底端未焊透,基于工程可操作性和保守性要求,將其等效簡化為三參量矩形截面環(huán)向缺口。系統(tǒng)結構用材FeCrNi奧氏體不銹鋼強度、塑性及韌性良好,但充氫后材料塑性和斷裂韌性有損減。電子束焊縫區(qū)與基材性能差異不顯著,彎曲載荷下破壞模式仍為塑性失穩(wěn)。內壓及離心載荷聯合作用下,系統(tǒng)

4、結構最大等效應力出現在未焊透缺陷根部兩側尖端,且隨缺陷深度的增加而增大,隨缺陷寬度的減小而增加；未焊透缺陷深度對應力的影響大于寬度的影響,窄而深的缺陷應加強控制和消除。當未焊透缺陷深度不超過1.5mm(60％壁厚)時,結構是安全的,安全系數為1.9至4。系統(tǒng)結構失效模式為塑性失穩(wěn),在韌度下降及裂紋擴展情況下向彈塑性撕裂轉變。系統(tǒng)結構強度隨離心載荷增大而接近安全邊界,未焊透缺陷深度1.5mm寬0.1mm時,以屈服應力計算載荷比,離心載荷約