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安全分析
40MPa高压空气瓶疲劳试验失效分析
范俊明,李世楷
(成都格瑞特高压容器有限责任公司,四川成都610400)
摘要:结合高压空气瓶疲劳失效现象进行有限元应力分析和断口分析,研究高压空气瓶波劳失效
的主要原因。通过验证性循环疲劳试验,表明增加高压空气瓶内表面应力集中部位的表面无损检
测和缺陷消赊能够提高高压空气瓶的耐疲劳性能,对高压空气瓶的安全使用具有重要意义。
关键词:高压空气瓶;疲劳失效;裂纹
中图分类号:TH49;TQ053.2;0346.2文献标志码:B文章编号:1001-4837(2015)03-0045-05
oi:10.3969/j.isa.1001-4837.2015.03.006
40 Mpa Pressure Air Cylinder Fatigue Failure Analysis
FAN Jun-ming, LI Shi-kai
Chengdu Great High Pressure Vessel Co, Itd, Chengdu 610400, China)
Abstract: Finite element stress analysis and fracture analysis has been combined with high pressure air
cylinder fatigue failure phenomenon, and used to study main reason for the fatigue failure. By confirmatory
cycle fatigue tested, it shows increasing the surface non-destructive testing and defect elimination at air
cylinder stress concentration surface can improve fatigue resistance, and it is important for the safe use of
high pressure air cylinder
Key words: high pressure air cylinder; fatigue failure: defect
抗拉强度小于1100MPa的淬火加回火钢瓶》?
0引言
规定气瓶应逐只进行超声波探伤,缺陷深度不大
于壁厚5%为合格。ISO9809-1-2010,ISO
高压空气瓶作为海洋装备高压空气系统的重11120-1999以及CGB5099-1994等气瓶标准均
要组成设备,需要在设计、制造、检验验收各个环有类似要求。但不同应力水平的部位采用相同的
节严格按标准进行质量控制,以确保高压空气瓶判定等级是否适宜,特别是对于超声波不能有效
使用安全、服役正常。
检测的部位,是否应增加其他无损检测手段予以
高压空气瓶按照ISO9809-22010《气控制,上述标准均未作表述,而国内研究对此也鲜
瓶一可重复充装的无缝钢气瓶设计、结构和试有报道。
验一第2部分:抗拉强度大于或等于1100MPa
的淬火加回火钢瓶》标准进行设计、制造、检验和1案例描述
验收。ISO9809-1-2010《气瓶一可重复充装
的无缝钢气瓶设计、结构和试验一一第1部分
近目,某公司委托某气瓶型式试验机构进行
CPVT
40MPa高压空气瓶疲劳试验失效分析
oL.32No.32015
40MPa高压空气瓶循环疲劳试验,以确定结构承
受预计循环载荷而不发生疲劳破坏的能力。
按照CB/T9252-2001《气瓶疲劳试验方法》的要
R48
求,循环疲劳试验上限压力60MPa,下限压力3
R25
MPa,压力加载频率为2.2~2.8次/min。试验过
程中,当循环次数达到6940次时,受试瓶封头发
生喷射状泄漏,导致试验无法继续进行。肉眼观
察,受试瓶泄漏部位存在轴向贯穿性开口裂纹,裂
纹位于瓶颈与瓶肩的圆弧过渡处(以下简称颈肩
圆弧),裂纹长度约23mm,见图1。
8
R233.5
图2计算模型
图1裂纹外观
2失效分析
通过分析,该疲劳试验失效成因主要有两种
圆弧过渡处应力集中、应力集中部位的原发性裂
纹。文中结合疲劳失效现象进行有限元应力分析
和断口分析,以研究高压空气瓶疲劳失效的主要
图3有限元网格及载荷和位移边界条件
原因,提出整改措施,并进行试验验证,证明该措
高压空气瓶的材料及物理性能见表1。
施能有效消除高压空气瓶疲劳失效的该类风险。
2.1有限元应力分析
表1高压空气瓶的材料及物理性能
随着有限元分析技术的发展,使用有限元软
件对各类结构进行分析和校核的成本已大大下
材料弹性核量治松比抗拉度/阳服强度
降】。利用有限元法较强的适应性解决此类复
杂问题有极大的优势-5。
38CrNi3MoV200000.3≥1130≥980
高压空气瓶具有几何结构、载荷(承受内压)
和材料的轴对称性,故在有限元分析时采用轴对
计算过程如下:
称模型,本应力分析采用 ANSYS9.0程序中的轴
(1)在60MPa下有限元计算得出的主应力
对称应力分析,分析单元为 Plane82,计算模型如σ,等高线见图4;
图2所示。
(2)在60MPa下有限元计算得出的应力强
高压空气瓶的载荷条件取疲劳试验的上限压度等高线见图5;
力,即P=60MPa。有限元网格及载荷和位移边
(3)在60MPa下圆弧过渡处应力强度等高
界条件见图3。
线局部图见图6。