有色金屬壓力容器輕量化研究.pdf

1、有色金屬壓力容器由于其耐腐蝕、耐低溫等特性被廣泛應(yīng)用于石油化工、航天航空等領(lǐng)域。其中，鋁制和銅制壓力容器應(yīng)用最為普遍。為促使行業(yè)規(guī)范化，我國制訂了一系列有色金屬壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。同歐美標(biāo)準(zhǔn)相比，我國標(biāo)準(zhǔn)中部分有色金屬材料的許用應(yīng)力取值偏低，導(dǎo)致容器設(shè)計(jì)厚度較大，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性較差。針對這一現(xiàn)狀，本文從材料許用應(yīng)力著手對有色金屬壓力容器展開輕量化研究。
　　 本文以浙江省質(zhì)檢系統(tǒng)科研項(xiàng)目(20080225)為依托，圍繞能否提高我國有色金屬

2、許用應(yīng)力這一問題，以鋁制和銅制壓力容器為例進(jìn)行了理論分析、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究。本文比較了國內(nèi)外鋁材和銅材許用應(yīng)力計(jì)算方法的差異，探討了提高我國鋁材和銅材許用應(yīng)力的可行性，建立了鋁制和銅制壓力容器數(shù)值計(jì)算模型并結(jié)合試驗(yàn)研究了鋁制和銅制壓力容器承載時(shí)的力學(xué)行為，得出以下結(jié)論：
　　 1)歐美標(biāo)準(zhǔn)中，鋁材和銅材的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)最低可取為2.4，且一些歐洲標(biāo)準(zhǔn)對純鋁和部分塑性較好的銅材采用Rp1.0作為屈服強(qiáng)度來計(jì)算許用應(yīng)力。而我國標(biāo)

3、準(zhǔn)中，鋁材和鋼材的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)均取為3.0，并采用Rp0.2作為屈服強(qiáng)度來計(jì)算許用應(yīng)力。這些差異是導(dǎo)致我國部分鋁材和銅材許用應(yīng)力取值相對偏低的重要原因。
　　 2)國產(chǎn)鋁材和銅材的力學(xué)性能已經(jīng)達(dá)到了歐美先進(jìn)工業(yè)國家的技術(shù)指標(biāo)要求。從失效模式來分析，抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)取為2.4以及對塑性好的材料采用Rp1.0來計(jì)算許用應(yīng)力不會導(dǎo)致容器韌性斷裂或因過度變形而失效。因此，從材料力學(xué)性能和靜強(qiáng)度失效兩方面看，提高我國部分鋁材和銅材的許

4、用應(yīng)力具有可行性。
　　 3)按國內(nèi)設(shè)計(jì)方法，H62銅合金、5052和5083鋁合金制試驗(yàn)容器的爆破安全裕度依次為4.79、3.92(兩臺容器的平均值)、3.45。若對H62銅合金制容器采用Rp1.0作為屈服強(qiáng)度來設(shè)計(jì)，其爆破安全裕度為4.17，仍較高。由H62銅合金容器的試驗(yàn)結(jié)果來看，對于銅制壓力容器，我國標(biāo)準(zhǔn)可考慮對塑性好(斷后伸長率大于25％)、屈強(qiáng)比低的材料采用Rp1.0作為屈服強(qiáng)度來計(jì)算其許用應(yīng)力。
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