Le blog À propos L'étude optimise les normes de conception des fonds bombés des réservoirs sous pression

Dans les domaines de haute technologie tels que l'exploration en haute mer, l'aérospatiale et la pétrochimie, les récipients sous pression qui résistent à la pression extérieure jouent un rôle essentiel.La sécurité des têtes convexes, composantes clés de ces récipients, détermine directement la stabilité de systèmes entiers.Un défaut de conception provoquant une déformation ou une défaillance de la tête d'un submersible en haute mer ou d'un réservoir de carburant de fusée pourrait avoir des conséquences catastrophiques.La recherche approfondie et l'optimisation des méthodes de conception de têtes convexes revêtent une importance pratique importante..

Lorsqu'elles sont soumises à une pression extérieure, les têtes convexes sont principalement confrontées à deux modes de défaillance: se plier et se plier.Les conceptions d'ingénierie utilisent généralement des facteurs de défaillance basés sur l'expérience (KDF) pour réduire les pressions théoriques de flexion pour la sécuritéCependant, avec les progrès de la science des matériaux et de la fabrication, cette approche conservatrice peut entraîner des déchets de matériaux et une augmentation des coûts.Prédire avec précision le comportement de flexion et optimiser les méthodes de conception sont devenues des priorités de recherche.

Le facteur de défaillance (KDF) est défini comme le rapport entre la pression de flexion expérimentale dans les têtes réelles et la pression de flexion théorique dans les têtes idéales.Les premières recherches se sont concentrées sur la détermination des valeurs de KDF par des expériencesLes progrès récents dans la fabrication, en particulier Lee et al., ont montré que les performances de la fabrication étaient très faibles, mais les résultats ont montré une variabilité significative en raison des difficultés à contrôler avec précision les défauts.La méthode du moule sphérique recouvert de polymère a permis de produire des têtes avec des défauts contrôlés, offrant de nouvelles voies pour une prédiction précise du KDF.

• Types de défauts et performances de la boucle:Les chercheurs ont mené de nombreuses expériences et des simulations numériques sur différents types de défauts.alors que Abbasi et al.Derveni et al. ont examiné les interactions entre les défauts.
• Défauts de fabrication réels:D'autres études ont analysé des têtes hémisphériques contenant des défauts de fabrication réels, fournissant des conseils d'ingénierie.proposé d'utiliser des encoches comme défauts géométriques équivalents pour déterminer les pressions de flexion à la limite inférieure, introduisant des bosses uniques par déplacement contrôlé.

• Les têtes hémisphériques:En tant que têtes convexes les plus simples, leurs méthodes de conception sont relativement matures.
• Les têtes sphériques:Malgré des contraintes de flexion de bord importantes dans les zones de transition de la couronne, leur profondeur plus faible et leur fabrication plus simple les rendent largement utilisés.comportement de flexion élastique-plastique étudié sous pression externe par analyse par éléments finis, tandis que Blachut et al. ont étudié la stabilité dans les têtes sphériques métalliques multicouches.
• Les têtes ellipsoïdales:Avec une profondeur intermédiaire entre les têtes hémisphériques et sphériques, elles sont plus faciles à fabriquer par estampage.Zingoni a développé des théories pour évaluer la distribution des contraintes membranaires; Li a proposé des méthodes d'analyse simplifiées pour les vaisseaux de tête ellipsoïdaux axisymétriques; Ross a étudié les modes de flexion dans les têtes ellipsoïdales en plastique renforcées de fibre de verre.

Malgré les méthodes de conception émergentes, les règles fondamentales des normes de récipients sous pression restent des pierres angulaires de l'ingénierie.Cette analyse se concentre sur six critères clés:

• Chine: GB/T 150.3, GB/T 4732.3
• États-Unis: ASME VIII-1, ASME VIII-2, code ASME affaire 2286-6
• L'Union européenne: EN 13445-3

Pour les appareils électroniquesIl s'agit d'une méthode basée sur des tableaux qui permet de déterminer les pressions externes admissibles.Pour les appareils de surveillance de la qualité(depuis 2007) est passé à des méthodes basées sur des formules incorporant les principes du cas N-284 et 2286-6 du code ASME, calculant les contraintes de membrane de compression circonférentielle admissibles.L'édition 2019 a introduit des équations standardisées basées sur des modèles de courbe de contrainte-déformation., en simulant avec précision les réactions des matériaux dans l'état de fabrication pour tous les matériaux, en acier au carbone, en acier à faible alliage, en acier à haute alliage,et alliages non ferreux ◄ remplaçant les méthodes précédentes d'acier au carbone/à faible teneur en alliages.

La norme EN 13445-3 (édition 2002-2021) utilise des courbes pour déterminer les pressions externes admissibles, en adoptant des courbes inférieures dérivées des normes PD5500 (successeurs de la norme britannique BS5500).

GB/T 150. Pour les autres produits:3Il utilise également des méthodes graphiques pour la conception de têtes de pression externes, certaines cartes étant basées sur des données expérimentales chinoises et d'autres faisant référence à la section II, partie D, de l'ASME.Les États membres doivent respecter les dispositions de la présente directive.3utilise des méthodes similaires à celles du code ASME Cas 2286-6,avec l'appendice C qui fournit des règles supplémentaires de calcul du module de tangente, y compris les équations du cas 2286-6 du code ASME pour les aciers à faible teneur en carbone et les modèles de courbe de contrainte de l'ASME VIII-2.

Cette section détaille les comparaisons des règles de conception des têtes hémisphériques, sphériques et ellipsoïdales entre les normes, en se concentrant sur les différences dans les paramètres clés (par exemple, le module de tangente,Les facteurs de conception et leurs impacts.

Module de tangente(pente de la courbe de contrainte-déformation du matériau à des niveaux de contrainte spécifiques) influence de manière critique les calculs de la pression de flexion, avec des méthodes de calcul différentes selon les normes.Facteurs de conception(coefficients de marge de sécurité) diffèrent également, reflétant des considérations de sécurité différentes.

Compte tenu de la complexité de la conception des têtes sphériques / ellipsoïdales, certaines normes utilisent des méthodes équivalentes pour les convertir en têtes hémisphériques pour le calcul.Cette section compare les avantages et les limites de ces méthodes.

Pour des comparaisons standard intuitives, cet article calcule les pressions de flexion pour différentes têtes sphériques/ellipsoïdales en utilisant différentes normes,résultats contrastés avec des têtes hémisphériques équivalentes.

Des cas d'ingénierie sélectionnés démontrent des calculs d'épaisseur pour les têtes utilisant différentes normes, clarifiant l'applicabilité de chaque norme et les compromis.

Cette revue complète et cette analyse comparative des règles de conception des têtes convexes sous pression externe fournissent des références techniques et des orientations de recherche.

• Développement de modèles de prédiction de flexion précis:Utiliser des techniques informatiques et expérimentales améliorées pour réduire la dépendance aux KDF empiriques.
• L'étude du comportement de flexion des nouveaux matériaux:Enquête sur les performances des nouveaux matériaux sous pression externe pour des applications d'ingénierie.
• Optimisation des méthodes de conception:Adaptation des approches aux applications spécifiques, équilibrage de la sécurité et de l'efficacité en termes de coûts.