陳思宇，張文華

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 8 3 0 0 1 1）

復(fù)合材料壓力容器熱力耦合應(yīng)力分析

陳思宇，張文華

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 8 3 0 0 1 1）

壓力容器在我國(guó)社會(huì)活動(dòng)中被廣泛應(yīng)用，但是由于其自身具有易燃性和易爆性，也存在安全隱患。因此要嚴(yán)格管理壓力容器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和制造監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，提高壓力容器運(yùn)作材料質(zhì)量，增加其制造安全性和規(guī)范性。本文主要就關(guān)于復(fù)合材料壓力容器進(jìn)行分析。

復(fù)合材料；壓力容器；熱力耦合應(yīng)力；研究分析

負(fù)荷材料壓力容器熱力耦合應(yīng)力分析，包括對(duì)復(fù)合鋼板熱力耦合應(yīng)力闡述分析，復(fù)合鋼板筒體應(yīng)力分析、復(fù)合鋼板半球形設(shè)備進(jìn)行應(yīng)力估測(cè)等等，利用復(fù)合鋼板建模形式，利用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行運(yùn)算，并對(duì)其運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)建限元體系，保證其運(yùn)算數(shù)值相互吻合。

1 負(fù)荷材料壓力容器類(lèi)型

經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程。例如，我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要具有一千攝氏度的容器設(shè)備?？熘凶臃椒ǖ膽?yīng)用，要對(duì)高溫材料和容器設(shè)備安全性進(jìn)行保障，進(jìn)而給予容器設(shè)備材料性能更高要求。以往的金屬和塑料材料已經(jīng)不能符合當(dāng)下工業(yè)材料發(fā)展需求。隨著社會(huì)進(jìn)步，符合材料應(yīng)時(shí)而生，包括符合鋼板材料、纖維材料等等，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

1.1 復(fù)合鋼板容器裝置

把多樣化金屬材料進(jìn)行整合，在整合后其表面之上的金屬材料部分，具有極強(qiáng)功能性和效益性。把母材和鋼板進(jìn)行結(jié)合的材料，叫做復(fù)合鋼板，在工業(yè)化活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，工業(yè)化對(duì)不同材料要求越來(lái)越高，使得復(fù)合鋼板材料備受關(guān)注、包括受到建筑業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、化學(xué)制造業(yè)等等產(chǎn)業(yè)關(guān)注。依據(jù)壓力容器性能，在得到安全性保障前提下，對(duì)于其使用材料性能不必使用財(cái)務(wù)支出較高的金屬材料，可以利用抗氧化能力較強(qiáng)、財(cái)務(wù)支出較少，保證材料性能最好，保障質(zhì)量同時(shí)降低財(cái)務(wù)支出的。復(fù)合鋼板出現(xiàn)在大眾視野。在壓力容器制造活動(dòng)中，復(fù)合鋼板材料運(yùn)用具有多樣性特點(diǎn)，利于利用不同制造手段，制作多樣化容器裝置。

1.2 纖維纏繞類(lèi)型容器裝置

纖維纏繞類(lèi)型容器裝置包括圓形裝置、筒形裝置、球形裝置和四方形裝置等等。其中，對(duì)于圓形裝置來(lái)說(shuō)，其包括環(huán)形連接、豎直連接和螺旋連接著三種形式。纖維纏繞類(lèi)型容器裝置具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。其一，材料性能較高，比模系數(shù)較高。在比模系統(tǒng)和承載力相同情況下，來(lái)判斷材料重力和剛性能的材料。對(duì)其判斷結(jié)果顯示，復(fù)合材料具有高比強(qiáng)率，和傳統(tǒng)的壓力容器設(shè)備材料相比較，其不僅具有便捷性，也具有牢固性和穩(wěn)定性，具有極高承載力。其二，可以對(duì)運(yùn)作活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)管，增加壓力容器運(yùn)作安全性。一旦纖維纏繞類(lèi)型容器裝置外部不同環(huán)節(jié)伴有斷裂和性能降低情況，其不會(huì)隨即產(chǎn)生燃燒和爆裂行為，僅僅那會(huì)帶來(lái)液體流出現(xiàn)象。因此，為壓力容器運(yùn)作活動(dòng)中安全管理工作增添便利性，降低了惡性事件發(fā)生頻率。其三，簡(jiǎn)單靈活。財(cái)務(wù)投入較少。其四，可以根據(jù)具體情況，進(jìn)行壓力容器的構(gòu)建。

2 熱力耦合應(yīng)力闡述分析

2.1 復(fù)合鋼板熱力耦合應(yīng)力闡述分析

復(fù)合鋼板容器設(shè)備是利用多樣化金屬表面構(gòu)建，來(lái)進(jìn)行壓力設(shè)備運(yùn)作活動(dòng)，達(dá)到任務(wù)發(fā)展目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，其主要覆蓋層利用高質(zhì)合金材料，其表層利用金屬材料進(jìn)行構(gòu)建，主要覆蓋層和表層之間，利用熱套等技術(shù)進(jìn)行整合。復(fù)合鋼板具有較高性能，可以抵擋不同外來(lái)物體侵蝕，具有較高穩(wěn)定性和安全性。其在不同工業(yè)活動(dòng)中廣泛應(yīng)用。如加氫設(shè)備制造活動(dòng)中。對(duì)于復(fù)合鋼板熱力耦合應(yīng)力進(jìn)行分析，相關(guān)研究人員建立在壓力環(huán)境下，利用多層容器設(shè)備，研發(fā)了線彈構(gòu)建導(dǎo)圖，利用這一模型進(jìn)行應(yīng)力分析。對(duì)于相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)層面應(yīng)力，利用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行運(yùn)算。相關(guān)學(xué)者也把自增強(qiáng)與縮套因素對(duì)復(fù)合鋼板熱力耦合應(yīng)力影響考慮在內(nèi)，以保證復(fù)合鋼板容器設(shè)備使用效果最大化，保證其使用壽命。其也分析了多樣化負(fù)載力和壓力環(huán)境中的圓形容器設(shè)備應(yīng)力和筒形容器應(yīng)力，給出狀態(tài)環(huán)境法判斷內(nèi)壓力和扭曲變化力的應(yīng)力。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算環(huán)節(jié)，上文闡述均是把壓力設(shè)備轉(zhuǎn)為圓筒，沒(méi)有把慮封涵蓋在內(nèi)。從實(shí)際運(yùn)作活動(dòng)來(lái)看，慮封對(duì)應(yīng)力具有極大影響。尤其是在多樣化層次體系和負(fù)載力較大情況下。熱負(fù)載力也對(duì)復(fù)合鋼板人力耦合應(yīng)力具有極大影響，其可以利用微分方法進(jìn)行判斷和分析，利用有限元平臺(tái)進(jìn)行結(jié)果檢驗(yàn)和判斷活動(dòng)。

2.2 復(fù)合鋼板筒體應(yīng)力分析

對(duì)復(fù)合鋼板筒體應(yīng)力分析包括以下幾個(gè)方面。其一，對(duì)復(fù)合鋼板筒體問(wèn)題進(jìn)行分析，為了滿(mǎn)足其在內(nèi)力壓力和溫度壓力環(huán)境下，增強(qiáng)復(fù)合鋼板壓力容器的承載力，首先要對(duì)其運(yùn)作活動(dòng)進(jìn)行假設(shè)構(gòu)建，保證各個(gè)環(huán)節(jié)材料性能相同、各個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合、物流理論和胡克理論符合、不同環(huán)節(jié)軸對(duì)稱(chēng)等等。其二，進(jìn)行基本運(yùn)算。在保證上述條件下，利用基本方程進(jìn)行運(yùn)算，給出溫度數(shù)值和熱力變化差。其二，對(duì)邊界環(huán)節(jié)估測(cè)。其三，對(duì)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

2.3 復(fù)合鋼板半球形設(shè)備進(jìn)行應(yīng)力估測(cè)

對(duì)復(fù)合鋼板半球形設(shè)備進(jìn)行應(yīng)力估測(cè)，對(duì)這一環(huán)節(jié)進(jìn)行估測(cè)和復(fù)合鋼板筒體應(yīng)力分析環(huán)節(jié)相同。在對(duì)復(fù)合鋼板筒體應(yīng)力分析和邊界環(huán)節(jié)估測(cè)后，展開(kāi)復(fù)合鋼板熱力耦合應(yīng)力運(yùn)算，利用復(fù)合鋼板建模形式和數(shù)學(xué)公式進(jìn)行運(yùn)算，并對(duì)其運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)建有限元體系，保證其運(yùn)算數(shù)值相互吻合。

3 復(fù)合材料壓力容器研究和分析

3.1 纖維纏繞設(shè)備構(gòu)建體系

纖維纏繞設(shè)備構(gòu)建包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。其一，構(gòu)建纖維纏繞設(shè)備的緊急管理技術(shù)。利用預(yù)緊手段，把內(nèi)襯環(huán)節(jié)帶來(lái)的應(yīng)力與任務(wù)載荷整合，進(jìn)而降低應(yīng)力壓力，增強(qiáng)纖維纏繞設(shè)備的壓力抵抗能力和重量承受能力，保證壓力容器設(shè)備安全性最大化。對(duì)于這一技術(shù)手段，通常利用纏繞手段進(jìn)行構(gòu)建，增加自緊前后壓力承受能力。其二，纖維纏繞設(shè)備的構(gòu)建強(qiáng)度基礎(chǔ)，包括應(yīng)力最大化理論、變強(qiáng)度最高原則、蔡希爾理論、霍曼夫理論等等。在不同科學(xué)理論和原則基礎(chǔ)上，增加纖維纏繞設(shè)備構(gòu)建強(qiáng)度和理論性。

3.2 A N S Y體系非線性闡述

A NS Y體系非線性闡述，涵蓋以下幾個(gè)方面。其一總體構(gòu)建非線性。總體構(gòu)建非線性具有三種形式：狀態(tài)變化、幾何變化、材料變化。狀態(tài)變化包括對(duì)整個(gè)運(yùn)作體系結(jié)構(gòu)和分線性變化有關(guān)環(huán)節(jié)。幾何變化是因?yàn)槭艿接绊?，產(chǎn)生形狀改變現(xiàn)象，幾何形狀的變化會(huì)對(duì)非線性體系帶來(lái)影響。材料變化是指在受到變化力影響后，材料架構(gòu)的非線性變化。其二，彈性力度闡述。在眾多項(xiàng)目中，其在運(yùn)作時(shí)都會(huì)依據(jù)線性應(yīng)力和改變應(yīng)力結(jié)構(gòu)和關(guān)系。當(dāng)其逾越一定數(shù)值后，應(yīng)力性質(zhì)就會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而帶來(lái)非線性現(xiàn)象。塑性具有不可以恢復(fù)特點(diǎn)，是和運(yùn)作線路途經(jīng)具有關(guān)聯(lián)線性，進(jìn)而其運(yùn)作順序?qū)?yīng)力分析具有影響。其三，A NS Y體系非線性闡述。對(duì)于A NS Y體系非線性闡述主要是利用拉普森理論來(lái)闡述非線性現(xiàn)象。在拉普森努力下，把承載力劃分為多樣化步驟。利用拉普森理論進(jìn)行運(yùn)算，可以把每一個(gè)環(huán)節(jié)差值進(jìn)行準(zhǔn)確估量，如可以把回復(fù)力和承載壓力進(jìn)行差值運(yùn)算。進(jìn)而進(jìn)行非線性運(yùn)算，監(jiān)測(cè)其有沒(méi)有進(jìn)行收斂。假使不能符合收斂要求，就會(huì)進(jìn)行二次計(jì)算，重新構(gòu)建矩形導(dǎo)圖，求出新的數(shù)值。A NS Y體系非線性具有多樣性特點(diǎn)，給出眾多收斂建議和舉措。A NS Y體系非線性在運(yùn)作時(shí)涵蓋三個(gè)環(huán)節(jié)。首先，研究分析載荷步驟的形成時(shí)間和運(yùn)作范圍，保證每一步伐都具有非線性特點(diǎn)。其次，在保證每個(gè)載荷步驟后，對(duì)其進(jìn)行觀察和加載、運(yùn)算，給出數(shù)值。最后整個(gè)A NS Y非線性系統(tǒng)會(huì)在每一個(gè)步驟內(nèi)，來(lái)進(jìn)行均衡運(yùn)算保證收斂解。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程，使得各行各業(yè)對(duì)不同壓力容器需求不斷增大，尤其是對(duì)復(fù)合材料壓力容器。包括復(fù)合鋼板容器裝置、纖維纏繞類(lèi)型容器裝置、復(fù)合鋼板半球形壓力容器設(shè)備等等。其中纖維纏繞類(lèi)型容器裝置包括三種不同形式，圓形裝置、筒形裝置、球形裝置和四方形裝置等等。不同類(lèi)型復(fù)合壓力容器設(shè)備在不同工業(yè)活動(dòng)中發(fā)揮極大作用，促進(jìn)了企業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了資源合理配置，滿(mǎn)足我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

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