Bloggen over Studie optimaliseert ontwerpstandaarden voor convexe drukvatkoppen

In hoogtechnologische velden zoals diepzeevisserij, lucht- en ruimtevaart en de petrochemische industrie spelen drukvaten die bestand zijn tegen druk van buitenaf, een cruciale rol.De veiligheid van de convexe koppen – de belangrijkste onderdelen van deze vaten – bepaalt rechtstreeks de stabiliteit van hele systemenEen ontwerpuitval die de kop van een onderzeese onderzeeër of de brandstoftank verstoort, kan tot catastrofale gevolgen leiden.Een diepgaand onderzoek en optimalisatie van methoden voor het ontwerpen van convexe koppen hebben een aanzienlijk praktisch belang.

Bij externe druk hebben convexe koppen hoofdzakelijk te maken met twee storingsmodussen: buigen en buigen.Ingenieursontwerpen maken doorgaans gebruik van op ervaring gebaseerde knockdown factoren (KDF) om de theoretische bucklingdruk voor veiligheid te verminderenMet de vooruitgang in de materiaalwetenschappen en de productie kan deze conservatieve aanpak echter leiden tot materiaalverspilling en hogere kosten.Het nauwkeurig voorspellen van buckling gedrag en het optimaliseren van ontwerpmethoden zijn onderzoeksprioriteiten geworden.

De knockdownfactor (KDF) wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de experimentele buigdruk in de werkelijke koppen en de theoretische buigdruk in de ideale koppen.Vroeg onderzoek gericht op het bepalen van KDF-waarden door middel van experimentenDe resultaten toonden echter een aanzienlijke variabiliteit aan vanwege de moeilijkheden bij het nauwkeurig controleren van gebreken.De methode van de polymerachtige bolvorming heeft de productie van koppen met gecontroleerde defecten mogelijk gemaakt., waardoor nieuwe wegen worden geopend voor nauwkeurige KDF-voorspellingen.

• Types van gebreken en prestaties van de buckling:Onderzoekers hebben uitgebreide experimenten en numerieke simulaties uitgevoerd over verschillende soorten gebreken.terwijl Abbasi et alDerveni et al. onderzochten de wisselwerking tussen defecten.
• Echte fabricagefouten:Andere studies analyseerden hemisferische koppen die feitelijke fabricagefouten bevatten, waardoor technische begeleiding werd geboden.voorgesteld met behulp van inkeringen als gelijkwaardige geometrische defecten voor het bepalen van buigdrukken op de ondergrens, waarbij enkelvoudige buigingen via gecontroleerde verplaatsing worden ingevoerd.

• Hemisferische koppen:Als de eenvoudigste convexe koppen zijn hun ontwerpmethoden relatief volwassen, maar hun grotere diepte beperkt bepaalde toepassingen.
• met een vermogen van meer dan 10 WOndanks de aanzienlijke kantbuigspanningen in de kronen-overgangszones worden ze veel gebruikt vanwege hun ondiepere diepte en eenvoudiger vervaardiging.door middel van een analyse van eindige elementen het buiggedrag van elastisch-plastiek onder externe druk bestudeerd, terwijl Blachut et al. de stabiliteit onderzochten in meerlagige metalen bolkoppen. Wang et al. analyseerden spanningstoestanden en buigdrukken in bodemkoppen van waterverwarmers.
• Ellipsoïdale koppen:Met een tussendiepte tussen halve en bolvormige koppen, zijn ze gemakkelijker te produceren via stempelen.Zingoni ontwikkelde theorieën voor het evalueren van de spanningsverdeling van de membraan; Li stelde vereenvoudigde analysemethoden voor axisymmetrische ellipsoïdale kopvaten voor; Ross bestudeerde buigingsmodussen in met glasvezel versterkte plastic ellipsoïdale koppen.

Ondanks de opkomende ontwerpmethoden blijven fundamentele regels in drukvatstandaarden ingenieurshoekstenen.Deze analyse richt zich op zes belangrijke normen:

• China: GB/T 150.3, GB/T 4732.3
• Verenigde Staten: ASME VIII-1, ASME VIII-2, ASME Code Geval 2286-6
• Europese Unie: EN 13445-3

ASME VIII-1Deze grafieken zijn gebaseerd op uitgebreide experimentele gegevens en theoretische analyses en bieden gemak, maar beperkte nauwkeurigheid.ASME VIII-2(sinds 2007) overgestapt naar formulegebaseerde methoden die de principes van ASME Code Case N-284 en 2286-6 bevatten voor de berekening van toegestane omtrekcompressie-membraanspanningen.De 2019 editie introduceerde gestandaardiseerde vergelijkingen op basis van spannings-afspanningscurve modellen, waarbij de reacties van materialen in de geproduceerde staat nauwkeurig worden gesimuleerd voor alle materialen: koolstofstaal, laaggelegeerd staal, hooggelegeerden niet-dermetalen legeringen die eerdere methoden voor koolstof/laaglegeringsstaal vervangen.

De norm EN 13445-3 (uitgaven 2002-2021) maakt gebruik van curves om de toelaatbare externe druk te bepalen, waarbij ondergrenscurves worden aangenomen die zijn afgeleid van PD5500-normen (opvolgers van de Britse BS5500).

GB/T 150.3Ook wordt gebruik gemaakt van grafieken voor het ontwerp van externe drukkoppen, waarbij sommige grafieken gebaseerd zijn op Chinese experimentele gegevens en andere verwijzen naar ASME-sectie II, deel D.GB/T 4732.3gebruikt methoden die vergelijkbaar zijn met ASME Code Case 2286-6,Bijlage C bevat aanvullende regels voor de berekeningen van de tangentiemodule, met inbegrip van vergelijkingen uit de ASME-code Case 2286-6 voor koolstof-/laaggelegeerde staal en spanningsdepressiecurve-modellen uit ASME VIII-2..

Deze sectie beschrijft in detail vergelijkingen van hemisferische, sferische en ellipsoïdale hoofdontwerpregels tussen normen, met de nadruk op verschillen in belangrijke parameters (bijv. tangentiemodule,De resultaten van de studie zijn gebaseerd op de resultaten van de onderzoeksprocedure..

Tangentiemodule(de helling van de spanningscurve bij specifieke spanningsniveaus) heeft een cruciale invloed op de berekeningen van de buigdruk, met verschillende berekeningsmethoden tussen de normen.Ontwerpfactoren(de coëfficiënten van de veiligheidsmarge) ook verschillen, als gevolg van verschillende veiligheidsoverwegingen.

Gezien de complexiteit van het ontwerp van de bolvormige/ellipsoïdale koppen gebruiken sommige normen voor de berekening gelijkwaardige methoden om ze om te zetten in hemisferische koppen.In dit hoofdstuk worden de voordelen en beperkingen van deze methoden vergeleken.

Voor intuïtieve standaardvergelijkingen wordt in dit artikel de buigdruk berekend voor verschillende bol/ellipsoïdale koppen met behulp van verschillende standaarden,Contrasterende resultaten met gelijkwaardige hemisferische koppen.

Geselecteerde technische gevallen tonen dikteberekeningen voor koppen met behulp van verschillende normen aan, waarbij de toepasbaarheid van elke norm en de afwegingen worden verduidelijkt.

Deze uitgebreide herziening en vergelijkende analyse van de ontwerpregels voor convexe koppen onder externe druk biedt technische referenties en onderzoeksrichtlijnen.

• Het ontwikkelen van nauwkeurige modellen voor de voorspelling van buigingen:Gebruik maken van verbeterde computer- en experimentele technieken om de afhankelijkheid van empirische KDF's te verminderen.
• Onderzoek naar het buiggedrag van nieuwe materialen:Onderzoek naar de prestaties van nieuwe materialen onder externe druk voor technische toepassingen.
• Optimalisatie van ontwerpmethoden:Aanpassing van de benaderingen aan specifieke toepassingen, in evenwicht brengen tussen veiligheid en kostenefficiëntie.