[发明专利]基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢制压力容器极限承载力分析方法，具体是一种基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法。

背景技术

极限承载力是钢制压力容器结构设计和安全评估的重要指标，钢材应变硬化效应会对钢制压力容器极限承载力求解结果造成显著的影响，一些压力容器设计规范已要求需考虑材料应变硬化进行结构设计与安全评估，以充分发挥钢材的承载能力。因而有必要开展考虑材料应变硬化的钢制压力容器极限承载力计算方法研究，以经济合理地进行压力容器设计和安全评估。

目前在钢制压力容器极限承载力计算中考虑材料应变硬化的方法大致可分为解析法与数值法。解析法通常假定材料不可压缩、符合简化材料本构模型，基于塑性全量理论求解极限承载力，但这种方法往往只适用于简单压力容器和简单本构模型的分析中，不能普遍适用于钢制压力容器的极限承载力分析。数值法通常需要根据材料应变硬化全过程曲线建立钢材本构模型，进而结合增量加载和钢材本构模型，模拟钢制压力容器的弹塑性屈服、硬化至破坏过程，求解极限承载力。然而，该类方法首先需要获得材料应变硬化全过程曲线，其次需要通过密集采样得到能表征应变硬化全过程曲线的钢材本构模型，然后将钢材本构模型全曲线信息代入非线性有限元分析中求解钢制压力容器极限承载力。因而，现有数值法存在计算参数要求严格、计算过程复杂、工程应用不便的问题。

发明内容

本发明的目的是提供基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法。仅需要双关键点的信息，就能准确、快速地得到考虑材料应变硬化效应的等效屈服强度，进而得出钢制压力容器极限承载力，在保证计算精度的同时简化了计算过程、方便了应用，为钢制压力容器极限承载力求解提供了实用便捷的求解方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，包括以下步骤：

(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数

获取压力容器的几何参数、弹性模量、以及屈服强度和抗拉强度双关键点参数。

(2)基于双关键点求解等效屈服强度

基于步骤(1)获得的双关键点参数，计算等效屈服强度：

式中：为等效屈服强度、σ_f为抗拉强度、σ_y为屈服强度、E为弹性模量、n为硬化指数。

(3)基于等效屈服强度求解钢制压力容器的极限承载力

将步骤(2)中求得的等效屈服强度代入有限元软件的结构分析模块，求解压力容器的极限承载力。

所述的硬化指数，其计算模型为：

式中：n为硬化指数、σ_f为抗拉强度、σ_y为屈服强度。

本发明运用有限元分析软件分析钢制压力容器极限承载力，需预先在个人计算机中安装此类软件。

本发明的突出优点在于：

首次提出了基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法，无需通过试验获取全曲线数据，只需采集材料的双关键点信息，便可准确快速地求得钢制压力容器的极限承载力，并且拥有良好的计算精度，为钢制压力容器极限承载力求解提供了实用便捷的求解方法。

附图说明

图1为实施例1中压力容器结构的有限元网格；

图2为实施例2中压力容器结构的有限元网格；

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。

实施例中压力容器极限承载力分析通过ANSYS有限元分析软件进行，需预先在个人计算机中安装此软件。

实施例1

本实施例为基于屈服强度与抗拉强度双关键点的钢制压力容器极限承载力分析方法的具体实例，包括以下步骤：

(1)获取压力容器的几何参数、弹性模量和双关键点参数：

某压力容器的几何参数和弹性模量如表1所示，双关键点参数如表2所示。

表1几何参数和弹性模量

表2双关键点参数