ESTIMATE OF BURSTING PRESSURE OF MILD STEEL PRESSURE VESSEL AND PRESENTATION OF BURSTING FORMULA

In order to get more precise bursting pressure formula of mild steel, hundreds of bursting experiments of mild steel pressure vessels such as Q235（Gr.D） and 20R（1020） are done. Based on statistical data of bursting pressure and modification of Faupel formula, a more precise modified formula is given out according to the experimental data. It is proved to be more accurate after examining other bursting pressure value presented in many references. This bursting formula is very accurate in these experiments using pressure vessels with different diameter and shell thickness. Obviously, this modified bursting formula can be used in mild steel pressure vessels with different diameter and thickness of shell.

考虑张力制度影响的碳纤维缠绕容器爆破性能预测与仿真插件开发

针对缠绕张力对碳纤维缠绕容器承载性能影响规律尚不明确的问题,基于ABAQUSTM软件开发了一套用户友好、自主选择性好且高效的插件工具,能够自动化完成模型建立和相关设置工作,实现了考虑多种缠绕工艺参数的容器结构精细化建模。基于该插件工具,对碳纤维缠绕容器在不同缠绕张力制度下的爆破性能进行了参数化分析,通过爆破试验验证了数值模型的有效性。对于直径为Ф155 mm和Ф474 mm的容器,90 N-80 N-60 N和200 N-180 N-160 N逐层减小的缠绕张力制度将提高容器的爆破性能;对于20 N和30 N递减张力制度,直径Ф474 mm容器的爆破压强随着内层张力的减小逐渐降低,当张力递减幅度增加时,容器的爆破压强趋于稳定,其下降幅度由16.79%减小到3.05%。此外,容器封头段与筒身段过渡区域的应变水平最高,为碳纤维缠绕容器的薄弱位置。

整体多层包扎式高压储氢容器的设计与分析

氢能是最有发展潜力的新能源,高压储氢容器是氢能被广泛利用的关键设备。对整体多层包扎式高压储氢容器的筒体、封头、接管与开孔、筒体与封头焊接结构进行了分析与设计,同时建立了封头与接管处有限元模型,仿真结果表明:最大应力发生在封头直边处,与实际可能发生失效位置相符,且各路径的应力评定结果合格。在工作条件产生的循环应力作用下,疲劳寿命校核合格。

纤维缠绕复合材料压力容器的多尺度分析与性能预测

纤维缠绕复合材料压力容器由纤维、基体和界面组成,其宏观性能会随着组成材料微观性能的变化而变化,为了更加科学准确地对复合材料压力容器性能进行预测,有必要建立多尺度性能预测与分析方法,将ANSYS微观分析与ABAQUS宏观分析相结合,以此指导设计,提高其性能。此外,通过微观脱黏试验、树脂和碳纤维的拉伸试验获得复合材料微观力学参数,通过材料体系XSYT55G成形的缠绕层压板样品进行拉伸和剪切强度试验获得复合材料的宏观力学参数。采用提取的代表体积元素(RVE)进行微观失效分析,并引入渐进均匀化理论,实现微观到宏观的分析过度,同时将该分析方法应用到纤维缠绕复合材料的压力容器算例分析中。分析结果表明:RVE模型进行拉伸失效分析,Weibull模量(m)值越小,失效单元数越多,模型承载力越低;对不同纤维强度Weibull分布进行分析,m值越大,宏观模型模量峰值越晚出现,变化越剧烈;纤维强度离散性m值对爆破压力和失效过程有重要影响,随着m值增大,压力容器失效越晚,载荷变化越剧烈,爆破压力也随之增大。

多层超高压容器爆破压力研究

本文给出一种利用材料真实应力和真实应变关系曲线，计算多层超高压容器爆破压力的塑性不稳定解法。与现有爆破压力公式分析比较表明，该解法具有相当高的精度，且计算方便，可用于工程设计计算。

离散多层厚壁爆炸容器抗爆炸性能试验研究

为了研究离散多层爆炸容器的动力响应和破坏特性,制造了尺寸和材料相同但钢带缠绕倾角不同的三台离散多层试验容器,并进行了一系列大药量的中心加载试验,测量了典型位置的应变。结果表明中心装药时三台试验容器的破坏都在爆心截面处,钢带缠绕倾角较小的容器能够承受更大炸药量的爆炸作用,容器具有较好的抗内爆炸性能。

超高压圆筒形容器爆破压力计算公式的比较

基于容器径比范围为1.33~4.71与容器材料屈强比范围为0.402 7~0.885 2的30组试验数据,对计算超高压圆筒形容器爆破压力的有关公式进行了分析比较,得到如下结论：（1）超高压圆筒形容器爆破压力实测值与福贝尔（Faupel）公式计算值之比的准确度为1.025 0,变异系数为0.091 43;（2）与有关公式相比,福贝尔公式具有准确度高、变异系数小和适用性广的特点。（3）采用组合与置换的方法适当改进具有普适性的传统经典公式,可提高特定容器的设计精度。

承压容器爆破压力计算公式的评价方法研究

构建了一个具有统计性质的随机变量;借助于数理统计的假设检验理论,采用无偏估计分析了该随机变量分布参数的变化规律,建立了承压容器爆破压力计算公式精度的评价方法。基于27组钢制薄壁单层圆筒形容器爆破压力实测数据,研究了有关因素对中径公式与福贝尔(Faupel)公式精度的影响。研究表明:(1)对于径比为1.010~1.50且材料屈强比为0.488 9~0.966 0的钢制薄壁单层圆筒形容器,屈强比的大小对中径公式对应随机变量的标准差与均值没有显著影响;虽然屈强比的大小对福贝尔公式对应随机变量的均值没有显著影响,但屈强比不超过0.499 7样本的试验数据,显著增大了福贝尔公式对应随机变量的标准差;(2)在上述范围,中径公式对应随机变量的变异系数小于福贝尔公式,集中度高;用中径公式计算薄壁单层圆筒形容器爆破压力,比福贝尔公式合适;(3)将屈强比调整为0.538 8~0.966 0且径比相应调整为1.013 3~1.50时,福贝尔公式对应随机变量的变异系数显著变小,集中度得到显著提高。

拓展设计公式应用范围的精度比较法

为改进压力容器强度的设计方法,应用数理统计的假设检验理论,建立了拓展设计公式应用范围的精度比较法。基于52组钢制单层圆筒容器的实测爆破压力,比较了中径公式与Tresca公式的精度,根据精度不降低原理拓展了公式的应用范围。研究表明:(1)根据压力容器标准的应用实践,按设计压力分别确定设计公式的基准范围与拟拓展范围。(2)根据设计压力与实测爆破压力的关系,分别确定基准范围与拟拓展范围样本的爆破压力实测值。(3)显著度为0.05时,基准范围与拟拓展范围样本的实测爆破压力与设计公式计算值之比,分别是符合正态分布的随机变量。(4)中径公式在其拟拓展范围的精度与其基准范围的基本相同,Tresca公式在其拟拓展范围的精度高于其基准范围的。(5)将适用范围拓展到设计压力不超过100 MPa时,中径公式与Tresca公式的精度基本相同。

对“基于实测数据的特种球形压力容器爆破压力计算公式”一文的商榷

为给比较、选择与确定合适的钢制球形容器爆破压力计算公式提供依据,建立了评价计算公式精度的准确性与集中性指标.基于59组实测数据,分析了钢制球形容器爆破压力4种计算公式的精度.得到如下结论：公式的准确度（爆破压力计算值与实测值之比）平均值与变异系数分别是其精度准确性与集中性的评价指标;对于多层球形容器,当材料屈强比为0.720 9-0.847 5且容器径比为1.053-1.107时,中径公式准确度平均值为0.977 0,变异系数为0.035 4;当材料屈强比为0.336 2-0.618 9且容器径比为1.109-1.257时,中径公式准确度平均值为1.169 1,变异系数为0.108 3;与其他3种公式相比,中径公式计算钢制薄壁多层球形容器爆破压力精度高,计算钢制薄壁单层球形容器爆破压力集中性高.

圆筒形压力容器爆破压力经验公式的改进

利用传统经验公式计算圆筒形压力容器的爆破压力,将计算结果与实测结果对比,分析计算误差的分布特性。在此基础上参照建立传统经验公式的方法,并结合传统经验公式的构成特点,对计算圆筒形压力容器爆破压力的几个经验公式进行改进,并利用文献中的实测数据对改进公式进行验证。验证结果表明,与原公式相比,改进公式具有更高的计算精度。这说明改进公式具有一定实用意义,相应的改进方法是合理的,可在类似问题的研究中推广应用。

屈强比对容器爆破压力计算公式精度的影响

借助于数理统计理论的F假设检验与t假设检验,建立了评价容器爆破压力计算公式精度的比较方法,分析了材料屈强比对福贝尔公式与流变应力公式精度的影响。通过对36组径比为1.3~4.71的钢制厚壁圆筒容器爆破压力实测值的研究,得到如下结论:福贝尔公式的合适应用范围是容器材料屈强比为0.4027~0.8852,主要精度指标为0.0866;流变应力公式的合适应用范围是容器材料屈强比为0.4997~0.8852,主要精度指标为0.0699;福贝尔公式的合适应用范围比流变应力公式广,流变应力公式在其合适应用范围的精度比福贝尔公式高。用流变应力公式设计材料屈强比为0.4027~0.8852的钢制厚壁圆筒,主要精度指标为0.0809,流变应力公式与福贝尔公式的精度无显著差异。

单层圆筒容器爆破压力的概率分布

研究单层圆筒容器爆破压力的概率分布,是建立压力容器的可靠性设计方法和构建压力容器强度计算公式精度评价体系的一项基础工作。基于84组单层圆筒容器的实测爆破压力,应用数理统计理论的假设检验方法,对单层圆筒容器爆破压力的概率分布进行了分析。研究表明:(1)根据中国标准的工程实践,按设计压力可将容器爆破压力计算公式的应用范围划分为3个总体:设计压力不超过35 MPa,位于35 MPa^100 MPa之间,以及不超过100 MPa。(2)根据设计压力与爆破压力的关系,公式应用范围样本的实测爆破压力为:不超过105.5 MPa,位于91.0 MPa^329.6 MPa之间,以及不超过329.6 MPa。(3)显著度为0.05时,样本实测爆破压力与中径公式和Tresca公式计算值之比,是6个符合正态分布的随机变量。(4)在双侧置信度为98%时,分别得到6个随机变量分布参数的取值范围。

求解超高压筒形容器爆破压力的神经网络方法

将BP和RBF神经网络的理论和算法应用于预测超高压容器爆破压力的研究中。选用MATLAB神经网络工具箱建立预测爆破压力的神经网络模型,研究模型中影响爆破压力的主要参数,内外径比值和材料的强度极限,屈服极限,屈服强度与强度极限的比值;选用Faupel、Crossland和Bones等文献中的爆破实验数据对神经网络模型进行训练,用训练好的神经网络模型对爆破压力进行预测。预测结果表明,用BP和RBF神经网络方法建立的模型能够对超高压筒形容器的爆破压力进行较为准确的预测。

钢制薄壁容器爆破压力计算公式评价

为给工程设计领域提供合适的钢制薄壁压力容器爆破压力计算公式,建立了计算公式精度的评价指标与适用性的评价因素。基于59组钢制薄壁多层与单层球形容器爆破压力实测数据,在相同与不同应用范围,分别分析比较了中径公式与其他三种计算公式的精度与适用性。研究表明,中径公式计算钢制薄壁多层球形容器爆破压力的准确性好且集中性高,计算钢制薄壁单层球形容器爆破压力的集中性高;中径公式可用于钢制薄壁球形容器爆破压力的工程设计计算。

超高压容器爆破压力计算公式的精度比较

应用数理统计知识,构建了超高压容器爆破压力计算公式精度的比较方法,基于实测爆破压力范围220.7~1326.3MPa的试验数据,对流变应力公式与福贝尔公式的精度进行了分析比较。研究表明:在显著度为 0.05时,实测爆破压力与两个公式理论值之比基本符合正态分布的随机变量;在双侧置信度为 98%时,两个随机变量的分布参数无显著差异,可视为同一个符合正态分布的随机变量;该随机变量的均值位于 1.0044~1.0472之间,标准差位于 0.06124~0.1078之间,变异系数位于 0.05848~0.1073之间;若设计压力不低于 100MPa,流变应力公式与福贝尔公式的精度无显著差异。

奥氏体不锈钢制压力容器应变强化工艺研究及安全性分析

根据欧盟EN 13458-2:2002中关于奥氏体不锈钢制压力容器应变强化标准确定了材料的许用应力,设计并制造了奥氏体不锈钢制试验容器,合理制定了焊接工艺并对容器焊缝进行了射线和渗透检测,所有焊缝质量均达到Ⅰ级合格。通过自行开发的精确自动加压设备对试验容器实施应变强化工艺,通过测量应变强化后容器周长变化量来计算强化容器的永久变形量,并与理论值进行了比较,两者吻合较好。对应变强化容器进行了爆破试验,以确定其爆破压力和爆破部位,并测量容器启裂部位的周长变化量和壁厚减薄量,检验强化容器的塑性储备。探究了应变强化容器极限承载压力和爆破安全系数并讨论了其安全性。

基于实测数据的特种球形压力容器爆破压力计算公式

利用传统经验公式计算了一系列特种球形压力容器的爆破压力,将计算结果与实测值对比,分析了计算误差的散布特性.在此基础上,利用爆破压力的实测数据构建了球形压力容器爆破压力的计算公式,并对其精度进行了两类检验,一是将计算结果与同类型特种球形压力容器的实测数据对比,二是将计算结果与普通球形压力容器实测数据对比.结果表明,与原经验公式相比,所构建公式的精度有明显提高,同时表明构建爆破压力计算公式的方法是合理的,并可在类似问题的研究中推广应用.

卫星用复合材料气瓶性能

通过对环氧树脂、NOL环力学性能、金属内衬表面性能、复合材料真空质损和复合材料气瓶性能等进行研究和分析,研制出一种用于卫星推进系统的复合材料气瓶。结果表明:该复合材料气瓶经150次疲劳试验后爆破压强为86 MPa,容器特征系数达57.7 km,且满足真空使用环境要求。

超高压容器爆破压力的概率分布

应用数理统计方法,对超高压容器的爆破压力进行分析,得到两个结论:1描述爆破压力实测值与理论值之比的随机变量基本符合正态分布;2在双侧置信度为98%时,该随机变量分布参数范围为:均值应不小于0.984 50且不大于1.070 3,标准差应不小于0.071 82且不大于0.133 95,变异系数应不小于0.06710且不大于0.136 06。