压力容器爆破实验
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第一章压力容器导言单选题1.1高温容器所谓高温容器是指下列哪一种:()A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温1.2GB150GB150适用下列哪种类型容器:()A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器1.3设计准则一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则:()A 弹性失效B 塑性失效C 爆破失效D 弹塑性失效1.4《容规》有关《容规》适用的压力说法正确的是:()A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)1.5压力容器分类毒性为高度或极度危害介质PV>=0.2MPa.m3的低压容器应定为几类容器:()A.Ⅰ类B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围1.6材料性质影响过程设备安全可靠性的因素主要有:材料的强度、韧性和与介质的相容性;设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是:()A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力1.7介质毒性毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为:()A.<0.1mg/m3B.0.1~<1.0mg/m3C.1.0~<10mg/m3D.10mg/m31.8压力容器分类内压容器中,设计压力大小为50MPa的应划分为:()A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器1.9压力容器分类下列属于分离压力容器的是:()A.蒸压釜B.蒸发器C.干燥塔D.合成塔单选题1.1 A单选题1.2 B单选题1.3 B单选题1.4 B单选题1.5 C单选题1.6 B单选题1.7 B 单选题1.8 C单选题1.9 C多选题1.1介质危害性介质危害性有多种,其中影响压力容器分类的是:()A. 毒性B. 腐蚀性C. 氧化性D. 易燃性1.2压力容器分类下列属于第三类压力容器的是:()A .毒性程度为极度和高度危险介质的低压容器;B .毒性程度为极度和高度危险介质且PV大于等于0.2MPa.m3的低压容器;C .易燃或毒性程度为为中度危险介PV大于等于10MPa.m3的中压储存容器;D. 中压管壳式余热锅炉;E .高压容器1.3《容规》《容规》适用于具备下列哪些条件的压力容器:()A. 最高工作压力(Pw)大于等于0.1MPa(不含液体静压力);B .内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m;C .容积(V)大于等于0.025m3;D. 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
压力容器导言思考题1.1介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响?答:我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大,对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时,依据化学介质的最高容许浓度,我国将化学介质分为极度危害(Ⅰ级)、高度危害(Ⅱ级)、中度危害(Ⅲ级)、轻度危害(Ⅳ级)等四个级别。
介质毒性程度愈高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体,盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时,往往会引起火灾或二次爆炸,造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此,品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器,其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高,则其潜在的危害也愈大,相应地,对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如,Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器;盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时,碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测,整体必须进行焊后热处理,容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测,且液压试验合格后还应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器,其要求要低得多。
又如,易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题1.2 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答:筒体:压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间,是压力容器的最主要的受压元件之一;封头:有效保证密封,节省材料和减少加工制造的工作量;密封装置:密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行;开孔与接管:在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管,以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔,是为了工艺要求和检修的需要。
支座:压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件:保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
中毒事故后果模拟一、训练目的1.通过训练,学会使用PHAST软件对石油化工装置泄漏后可能发生的中毒事故进行分析,掌握使用PHAST软件建立相对模型,模拟分析中毒影响范围和严重程度。
2.掌握毒性物质致死概率。
二、训练内容要求毒性气体或液体泄漏后中毒事故的模拟三、训练仪器本训练所用实验软件为:PHAST6.7四、训练方法和步骤:1.了解毒性物质泄漏中毒的原理,学习使用Vessel/pipe source 模型模拟中毒事故的方法。
2.选择Vessel/pipe source 模型3.输入相关参数(硫化氢泄漏)4.分别对扩散结果和毒性结果进行分析⑴扩散浓度结合硫化氢毒性阈限值,根据模拟结果进行分析,给出造成轻伤、重伤和死亡等不同中毒效果的浓度范围。
⑵致死概率通过看图和查看毒性报告,找出不同毒性致死概率与对应的范围,对付这些区域进行分析。
五、气体泄漏扩散浓度计算1.阈限值(TLVs)美国政府工业卫生专家协会针对多种化学物质制定了极限剂量,称为阈限值。
阈限值是空气中一种物质的浓度,其所代表的工作条件是,几乎所有的工人长期在这样的暴露条件下工作时,不会有不良的健康影响。
工人只有在工作时间才会暴露于此种毒物中,即每天八小时,每周五天。
2.阈限值与允许暴露浓度美国职业安全与健康管理局制定了一套极限剂量,称为允许暴露浓度。
3.致死概率的计算个体致死概率可通过中毒事故后果模型计算出某一事故场景在位置处产生的毒物浓度数值,然后根据概率函数法计算得到。
六、实验体会通过本次实验学习使用了PHAST软件,并了解了毒性物质泄漏中毒的原理及相关计算。
压力容器认知训练一、训练目的及要求使学生了解并熟悉压力容器的分类、特点、安全管理及检测检验方法和事故原因分析。
掌握KZL4—13—AII型工业锅炉,LSG立式水直管锅炉安全管理及检测检验方法。
二、设备KZL4—13—AII型工业锅炉,LSG立式水直管锅炉.三、认知训练内容1.压力容器的分类和特点。
实验四 内压薄壁容器应力测定实验一、 实验目的1、 了解电阻应变片测量压力容器应力的基本原理与测试技术;2、 测定内压薄壁容器筒体及各种封头上的应力大小;3、 比较实测应力与理论计算应力,分析它们产生差异的原因。
二、 实验设备和仪器1、 HJSO2型内压容器应力测试实验台如图1,装置测试压力为0~15kgf / cm 2 ;图 1 应力测试实验台1、电源信号灯2、电机开关按钮3、容器(5)进出口节流阀4、左压力表5、球形、椭圆形容器6、油泵压力表7、锥形与平盖容器8、右压力表9、容器(7)进出口节流阀 10溢流阀 11、电源控制箱 12、电机油泵油箱装置主要参数如图2、3,筒体及封头使用材料: Q235钢封头形式:锥形封头、平盖、半球封头、标准椭圆封头 材料弹性模量: E =2.06×105Mpa 泊松比:μ=0.3 锥形封头的锥顶角:2α=60°±1°图 3图 22、YJ-33型静态电阻应变仪和YZ-22型转换箱YJ-33型静态电阻应变仪使用前开机预热30分钟,对“灵敏系数”、“通道选择”、“检测通道”、“通讯方式”等参数进行设定,然后进行仪器的“标定”。
YZ-22型转换箱的面板见图2。
“序号拨盘开关(1)”可将序号在00~99之间任意设定,每台转换箱都有两个该开关,无论使用单台或是多台转换箱,序号都不得重复。
本实验的应变片采用半桥接线,所以将“全桥、半桥选择开关(2)”拨至半桥。
应变片与转化箱连接方式见图3。
图 2 YZ-22转换箱面板1、序号拨盘开关2、全桥、半桥选择开关3、测定点指示器4、接线柱5、接线柱6、接地7、控制讯号连接插座8、桥压讯号输出插座图 3 半桥单片(公共补偿)应变仪与转换箱的连接方式见图4图 4 应变仪与转换箱连接示意图3、 其它实验用具应变片、502快干胶、电烙铁、活性锡丝、松香、万用表、螺丝刀、绝缘胶布、丙酮、脱脂棉、镊子、玻璃纸、钢尺、蜡烛、剪刀、纱布。
液化气体与高温饱和水爆破事故后果模拟分析液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两态存在,当容器破裂发生爆炸时,除了气体的急剧膨胀做功外,还有过热液体激烈的蒸发过程。
在大多数情况下,这类容器内的饱和液体占有容器介质重量的绝大部分,它的爆破能量比饱和气体大得多,一般计算时不考虑气体膨胀做的功。
过热状态下液体其伤亡半径、财产损失半径计算如下:1、盛装过热液体容器爆破事故计算模型 1.1爆破能量的计算(1)过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量m T S S i i E b l ])()[(2121---= (1-1)式中:l E ——过热状态下液体的爆破能量,KJ1i ——爆破前液化气体的焓,KJ/Kg 2i ——在大气压力下饱和液体的焓,KJ/Kg1S ——爆破前饱和液体的熵,KJ/(Kg ·K ) 2S ——在大气压力下饱和液体的熵,KJ/(Kg ·K )m ——饱和液体的质量,Kg T b ——介质在大气压力下的沸点,K(2)饱和水容器爆破能量V C E w w =式中:w E ——饱和水容器的爆破能量,KJV ——容器内饱和水所占容积,m 3wC ——饱和水爆破能量系数,KJ/m 3饱和水的爆破能量系数由压力决定,下表列出了常用压力下饱和水容器的爆破能量系数。
常用压力下饱和水容器的爆破能量系数 表1-11.2将爆破能量换算成TNT 当量q爆破能量换算成TNT 当量q 。
因为1KgTNT 爆炸所放出的爆破能量为4320~4836KJ/Kg ,一般取平均爆破能量为4500KJ/Kg ,故其关系为:4500lTNT l E q E q ==(1-2) 1.3爆炸的模拟比实验数据表明,不同数量的炸药发生爆炸时,如果距离爆炸中心的距离R 之比与炸药量q 三次方根之比相等,则所产生的冲击波超压相同,用公式表示如下:α==310)(q qR R 则0p p ∆=∆ (1-3)式中 R ——目标与爆炸中心的距离 R 0——目标与基准爆炸中心的距离 q 0——基准爆炸能量,TNT 当量q ——爆炸时产生冲击波所消耗的能量,TNT 当量,kg p ∆——目标处的超压,MPa0p ∆——基准目标处的超压,MPaα——炸药爆炸试验的模拟比根据式(1-3)拨破能量与1000KgTNT 爆炸的模拟比为:31313101.0)1000()(q q q q ===α (1-4)1.4 1000KgTNT 爆炸时死伤半径、财产损失半径的计算超压准则认为,只要冲击波超压达到一定值便会对目标造成一定的破坏或损伤。
目录第一章压力容器导言 (1)第二章压力容器应力分析 (5)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第四章压力容器设计 (16)第五章储存设备 (23)第六章换热设备 (24)第七章塔设备 (26)第八章反应设备 (26)【概念题参考答案】 (27)第一章压力容器导言【教学基本内容和要求】1.了解压力容器基本组成和主要零部件;2.了解介质的毒性和易燃性,掌握压力容器几种不同分类方法;3.了解压力容器的质量保证体系的内容,了解常用压力容器标准和规范。
一.【思考题】1.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响?2.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?3.《容规》在确定压力容器类别时,为什么不仅要根据压力高低,还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类?4.《容规》与GB150的适用范围是否相同?为什么?5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同?它们的适用范围是什么?6.过程设备的基本要求有哪些?要求的因素有哪些?7.在我们做压力容器爆破实验时发现,容器首先破坏的地方一般在离封头与筒体连接处一段距离的地方,而并非处于理论上应力集中的连接处的地方,请问原因何在?二.【判断题】1.压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。
()2.易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10%或爆炸上限和下限之差小于等于20%的气体。
()3.高压容器(代号H)和超高压容器(代号U)是典型的第一类压力容器。
()4.压力容器中,封头与筒体之间一定要有密封装置。
()5.压力容器在设计时只要满足企业要求就行了,不需要满足GB150。
()6.盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时,容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。
()7.压力容器分为三类:第一类压力容器,第二类压力容器,第三类压力容器,其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。
简单压力容器安全技术监察规程第一章总则第一条为加强简单压力的安全监察和管理,保障人民群众生命和财产的安全,根据《特种设备安全监察条例》的有关规定,制定本规程。
第二条本规程所称的简单压力是指结构简单、危险性较小的压力。
第三条本规程适用于同时满足以下条件的简单压力:(一)由筒体和平封头、凸形封头(不包括球冠形封头),或者由两个凸形封头组成;(二)筒体、封头、接管等主要受压元件的材料为碳素钢、奥氏体不锈钢;(三)设计压力小于或者等于1.6MPa;(四)容积小于或者等于1000L;(五)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L,并且小于或者等于1000MPa·L;(六)介质为空气、氮气和医用蒸馏水蒸发而成的水蒸气;(七)设计温度大于或者等于-20℃,最高工作温度小于或者等于150℃;(八)非直接火焰的焊接。
第四条本规程也适用与简单压力相连接的以下连接件:(一)与外部管道或者装置用螺纹连接的第一个螺纹接头、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或者管件连接的第一个密封面;(二)简单压力开孔局部的承压盖及其紧固件;(三)非受压元件与简单压力本体连接的焊接接头;(四)所用的平安阀、爆破片(帽)、压力表、水位计、测温仪表等平安附件。
第五条本规程不合用于下列压力:(一)军事配备、核设施、航空航天器、海上设施和船舶使用的压力;(二)机器上非独立的承压部件(如压缩机缸体等);(三)风险化学品包装物;(四)灭火器;(五)快开门式压力;(六)移动式压力。
第六条简单压力的材料、设计、制造、检验检测和使用管理应当满足本规程的要求。
第七条简单压力的设计、制造应当符合相应标准的要求。
无相应标准的,不得进行简单压力的设计和制造。
第八条进出口简单压力的监督管理应当满足《锅炉压力制造监督管理办法》的有关规定。
第九条研制和开发简单压力产品,其技术要求与本规程规定不一致时,制造单位应当在试验研究的基础上,提出结论性报告,并且约请有检验检测资格的第三方对其安全性能进行检测,将所做试验的依据、条件、结果和第三方的检测报告及其他有关的技术资料报省级质量技术监督部门批准,方可进行制造和销售。
2.1 在厚壁圆筒中,假如由内压惹起的应力与温差所惹起的热应力同时存在,下列说法正确的选项是:(D)A.内加热状况下内壁应力和外壁应力都有所恶化B.内加热状况下内壁应力和外壁应力都获得改良C.内加热状况下内壁应力有所恶化,而外壁应力获得改良D.内加热状况下内壁应力获得改良,而外壁应力有所恶化2.2 经过对最大挠度和最大应力的比较,以下对于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的选项是:( A )A.周边固支的圆平板在刚度和强度双方面均优于周边简支的圆平板B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板D.周边简支的圆平板在刚度和强度双方面均优于周边固支的圆平板2.3 以下相关受均布外压作用圆筒的失稳状况的表达,错误的选项是:(A)A.失稳临界压力与资料折服点没关B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L 没关C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳D.圆筒的形状缺点对圆筒的稳固性产生很大影响2.4 以下不属于提升厚壁圆筒折服承载能力的举措为:(D)A.增添壁厚B.采纳多层圆筒构造,对内筒施加外压C.自增强办理D.采纳剖析设计的方法2.5 以下相关不连续应力的表达,错误的为:(C)A.不连续应力是因为构造不连续惹起变形不协调造成的B.拥有局部性与自限性的特色C.其危害程度比整体薄膜应力大D.脆性资料制造的壳体对不连续应力十分敏感2.6 以下对于局部载荷说法正确的选项是:( B )A.对管道设施附件设置支架,会增添附件对壳体的影响B.对接收附件加设热赔偿元件,无显然意义C.压力容器制造中出现的缺点,会造成较高的局部应力D.两连结件的刚度差大小与边沿应力无显然关系2.7 外压的短圆筒,失稳时,出现的波形个数为:(C)A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个2.8 以下对于薄壳应力剖析中应用的假定,错误的选项是:(D)A.假定壳体资料连续,平均,各向同性B.受载后的形变是弹性小变形C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压D.壳壁各层纤维在变形后相互挤压2.9 对于薄圆平板的应力特色,以下表述错误的选项是:(B)A.板内为二向应力,切应力可予以忽视B.正应力沿板厚散布平均C.应力沿半径散布与周边支承方式相关D.最大曲折应力与( R/t)的平方成正比2.压力容器应力剖析2.1 为降低局部应力,以下构造设计合理的是:(ABCD)A.减少两联接件的刚度差B.尽量采纳圆弧过分C.局部地区补强D.选择合理的开孔方向2.2 蒙受内压的薄椭球壳应力的大小与哪些要素相关:(ABC)A.内压的大小B.球壳的壁厚C.长短轴之比D.球壳的资料2.3 以下哪些是较常用的实验应力剖析方法:(AC)A.电测法B.差分法C.光弹性法D.损坏实验2.4 深水容器因为长久工作于水底并蒙受较大的外压,常会出现以下几种无效方式:( ABC)A.腐化B.泄漏C.失稳D.脆性断裂2.5 不同构造组合壳的连结边沿处存在有边沿应力,边沿应力的特征有:(AC)A.局部性B.平均性C.自限性D.连续性2.6 内压作用下,以下对于单层厚壁圆筒中应力分部规律的表述正确的有:(ACD )A.周向应力及轴向应力均为拉应力,径向应力为压应力。
实验五压力容器爆破实验
一、实验目的
1、初步掌握压力容器整体爆破的实验方法及装置;观察并分析实验过程中所出现的各种现象;
2、测定容器的整体屈服压力并与理论计算值进行比较;
3、对容器的爆破口及断口做出初步的宏观分析;
4、对爆破容器的性能进行评价的初步训练。
二、实验意义
整体构件爆破实验是压力容器研究、设计、制造中的一个综合性实验方法,是考核构件材料的各项机械性能,结构设计的合理性,安全储备以及其它方面性能的直观性很强的实验方法。
有以下几个方面的应用:
1、定型:新设计压力容器的选材、结构及制造工艺合理性验证。
这也包括新产品的试制,材料更新,结构型式改变以及制造工艺更动时为确保产品质量而进行的实验。
2、质量监控:对已定型的压力容器,为了监控在生产中由于生产工艺的波动等因素而引起的质量波动所进行的实验,模具的变形,热处理炉温的波动,原材料质量波动以及焊接工艺条件的波动等都能引起压力容器产品质量的波动。
3、科研及其它用途的评定性实验。
压力容器爆破实验属于破坏性实验,耗费较高。
因此确定是否需要进行这类实验时要慎
重考虑。
三、实验方法及原理
压力容器的爆破实验分模拟构件爆破实验和产品抽样实验两种:
1、模拟构件的爆破实验;按照一定的模拟条件制造模拟构件,进行爆破实验,以推断实际容器的爆破性能,此法多用于研究、制造费用高的单件重要容器。
此法的关键是建立准确的模拟条件。
2、产品抽样实验:从一定数量的产品中随机抽取若干只进行爆破实验。
此法适用于成本相对比较低的大批量生产容器。
整个实验过程是由压力源向容器内注入压力介质直至容器爆破。
压力介质可为气体或液体两种。
由于气压爆破所释放的能量比液压爆破所释放的能量大得多,相对而言气压爆破比较危险,因此一般都采用液压爆破,但即使用液压爆破,仍有一定的危险性,需要安全防护措施,以保证人员及设备的安全。
在爆破实验过程中,随着容器内压力的增高,容器经历弹性变形阶段,进而出现局部屈服、整体屈服、材料硬化、容器过度变形直至爆破失效。
为了表征容器爆破实验过程中各阶段的变化规律,可用压力~进水量、压力~升压时间、压力~筒体直径变化量等曲线进行描述,这些参数可借助于压力表,水位计等在实验中测得。
图5-1即为钢质无缝气瓶爆破实验中
测定的压力~升压时间曲线,根据这些曲线所提供的信息即可分析构件材料的力学性能,并
确定该容器的整体屈服压力。
图5-1 钢质无缝气瓶爆破实验压力-升压时间曲线
整体屈服压力Ps的测定:
1、进水量不断增加而压力表指针基本上停滞不动时所对应的压力;
2、在压力~进水量等曲线上对应于整体屈服的平台阶段所对应的压力;
爆破压力Pb的测定:
容器爆破的瞬间容器内的压力。
爆破实验的典型实验装置如图5-2所示。
图5-2 爆破实验装置简图
高压泵:98MPa柱塞泵,介质为水(或超高压泵:600MPa柱塞泵,介质为煤油和变压器油)。
压力表:量程为100MPa,l.5级;秒表,测量仪等用具。
四、圆筒形容器整体屈服压力P S和爆破压力片P b的理论计算
根据受内压圆筒的应力分析结果可知,当内压升到某一数值时。
内壁表层材料首先开始屈服,随着压力的升高,塑性区向外发展直至整个壁厚全部屈服。
此时所对应的压力为整体屈服压力,由于此时材料全部进人塑性,因此表现出有较大的塑性变形发生。
当变形发展到一定程度时材料进入硬化阶段,随着塑性变形的不断发生。
容器壁厚不断减薄。
当壁内应力达到材料的强度限时容器发生爆破。
根据不同的压力分布假设以及不同的屈服准则,可推导出不同的P S、P b计算公式,具有
代表性的有以下几种:
1、基于理想弹-塑性材料,按厚壁圆园筒分析得出的公式
① 用TreSea 屈服准则
式中k =D0/Di (圆筒外、内径之比),σs 、σb 分别为材料的屈服应力和抗拉应力。
②用Mises 屈服准则:
Ps=2σs lnK/3 Pb =2σb lnK/3
2、修正公式
福贝尔和史文森根据前述基于理想弹性材料推导出的Pb 公式。
考虑到材料的应变硬化或屈服比(σs/σb )对爆破压力Pb 的影响,分别提出修正公式:
①福贝尔公式:
K p b s s b ln 232〉-〈=
σσσ ②史文森公式:
K n
e n P b n b ln 227.025.0σ〉〉〈⋅〉=〈〈= 式中:e —自然对数底,n —材料应变硬化指数。
3、基于薄壁分析的公式
当容器壁厚相对较薄(k<1.2)时。
可接薄膜理论进行分析:
①用Tresea 屈服准则:
Ps=2S σb /Dm Pb =2S σb /Dm
式中:Dm 为中径(即内外壁平均直径),S 为壁厚。
②用Mises 屈服准则
实际上圆筒形容器都不可避免地带有壁厚偏差,不园等几何偏差,其受压变形规律与理想化的均匀壁厚圆筒分析不尽相同。
但仍可找出反映筒体总变形意义下的Ps 和Pb 。
根据理论分析及实验验证,不园偏差对Ps 和Pb 影响不大。
当筒体存在壁厚偏差时。
筒体强度主要取决于筒体的最薄侧(Smin 处),因此应将有壁厚偏差筒体视为壁厚等于Smin 外径不变的均匀圆筒处理。
将Smin 和K=D 0/(D 0-2Smin )分别代替上述各公式中的S 和K 进行计算。
五、破坏方式及断口分析
试件爆破后,根据破口的形状,有无碎片,爆破源处金属的变形及爆破断口的宏观分析等诸方面来定性地分析构件材料的断裂特征。
对于准静态一次性加压爆破的容器而言。
可能发生的破裂形式为韧性破裂或脆性破裂。
对于压力容器用钢一般要求塑性和韧性均比较好。
若构件材料有较好的韧性;不存在宏观冶
金缺陷或裂纹,无热处理不当;且使用(实验)温度不低于材料的冷脆转变温度,则构件的破裂形式应为韧性破裂。
前述的计算PS、Pb的公式即是针对此种情况的。
但是若构件材料有一定的缺陷,韧性较差,同时存在其他不利因素,例如:应力集中、残余应力、环境温度过低等,则可能发生脆性破裂。
韧性破裂和脆性破裂鉴别:
1、破口的宏观特征
2、端口宏观特征
构件断口的宏观分析主要解决主断面的情况,如变形程度;断面形貌;断裂源的分析等。
金属的拉伸断口,一般都是由三个区组成。
即纤维区、放射区和剪切唇。
称为断口三要素。
如图5-3示。
图5-3 断口三要素示意图
纤维区紧接断裂源,是断裂的发源地。
矩形截面试样或板材断裂的纤维区域呈椭圆形。
在此区裂纹的形成和扩展是比较缓慢的。
纤维区的表面呈现粗糙的纤维状;颜色常为暗灰色。
它所在的宏观平面(即裂纹扩展的宏观平面)垂直于拉伸应力方向。
放射区紧接着纤维区。
它是裂纹达到临界尺寸后高速断裂的区域,放射区存在人字形放射花纹,它是脆性断裂最主要的宏观特征之一。
人字形花纹的尖顶必然指向纤维区,指向断裂源。
剪切唇是最后断裂的区域,靠近表面。
在此区域中,裂纹扩展也是快速的。
但它是一种剪切断裂。
剪切唇表面光滑。
无闪耀的金晨光泽,与拉伸主应力方向成450角。
根据断口三区的相对比例可判断构件材料的断裂特征、此比例主要由材料的性质,板厚以及温度决定。
材料越脆,板厚较大,温度越低,则纤维区、剪切唇越小,放射区越大。
反
之材料塑性韧性越好,板厚越小,温度越高,则纤维区剪切唇愈大,放射区越小。
甚至出现
全剪切唇断口。
六、试件
钢质无缝气瓶;
材料:4OMn2A;
设计压力:14.7 MPa;
公称容积:40 L;
公称直径(外径):φ219 mm;
计算壁厚6.5mm;
气瓶材料实测机械性能实验前提供。
七、实验步骤
1、实测试件直径及各点壁厚,找出最小壁厚部位。
予定起爆位置;
2、将试件内充满水,然后接到高压泵上,并应设法排尽系统或气瓶中残余空气;
3、在实验前应再次检查安全防护措施,并确定观测、读数、记录人员的分工。
经指导教师同意后,才可进行实验;
4、开泵升压,升压速度应时宜(在整体屈服前不得大于0.5MPa)。
在升压过程中观察压力上升情况,读出各压力下的升压时间及相应的进水量,最后读出爆破压力值;
5、观察、测绘并纪录试件爆破后的的断口情况。
八、实验报告
1、画出爆破后的试件外形简图,标明破口的尺寸、断口源;
2、画出断口表面简图,并进行宏观分析;
3、画出P---Q(进水量) P---t 线,定出Ps 、Pt值;
4、运用强度条件及有关标准,计算Ps 、Pt值;
5、讨论。