貯氫壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全評(píng)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(chǎn)品壽命周期內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。貯氫壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,存在焊接,缺陷不可避免。對(duì)于產(chǎn)品在制造和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的缺陷,遵循“合于使用原則”,以斷裂力學(xué)方法為基礎(chǔ),開展結(jié)構(gòu)缺陷的檢測(cè)與計(jì)算分析,評(píng)估產(chǎn)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(píng)定方法?；贘積分理論的失效評(píng)定圖技術(shù)由于理論嚴(yán)密,適用于多種失效模式,已經(jīng)成為目前國(guó)際上“含缺陷構(gòu)件安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)”

2、的主流方法,本文基于此技術(shù)開展貯氫壓力系統(tǒng)主體承載結(jié)構(gòu)安全評(píng)定工作。
　　 本文首先依據(jù)BS7910、SINTAP和GB／T19624標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)貯氫壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造、材料及載荷特點(diǎn),擬定了結(jié)構(gòu)安全評(píng)定程序及項(xiàng)目；然后開展了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)與表征,材料性能參數(shù)獲取,結(jié)構(gòu)應(yīng)力求解三項(xiàng)研究工作；最后基于Ainsworth和通用失效評(píng)定曲線構(gòu)建理論、GB19624和BS7910塑性截止線規(guī)則,建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全的失效評(píng)定圖,計(jì)算不同缺陷

3、參數(shù)評(píng)定點(diǎn)繪于失效評(píng)定圖中,由圖給出貯氫壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全評(píng)定結(jié)論,并計(jì)算評(píng)定點(diǎn)安全系數(shù)和最大缺陷尺度下的極限載荷。
　　 研究結(jié)論包括:貯氫壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jiǎn)化為三參量矩形截面環(huán)向缺口。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用材FeCrNi奧氏體不銹鋼強(qiáng)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(nèi)壓及離心載荷聯(lián)合作用下,系統(tǒng)

4、結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在未焊透缺陷根部?jī)蓚?cè)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(duì)應(yīng)力的影響大于寬度的影響,窄而深的缺陷應(yīng)加強(qiáng)控制和消除。當(dāng)未焊透缺陷深度不超過1.5mm(60％壁厚)時(shí),結(jié)構(gòu)是安全的,安全系數(shù)為1.9至4。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失效模式為塑性失穩(wěn),在韌度下降及裂紋擴(kuò)展情況下向彈塑性撕裂轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shí),以屈服應(yīng)力計(jì)算載荷比,離心載荷約