承壓設(shè)備安定性分析與設(shè)計(jì)
《承壓設(shè)備安定性分析與設(shè)計(jì)》是一本關(guān)于設(shè)備安定性分析理論與設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專著。《承壓設(shè)備安定性分析與設(shè)計(jì)》采用總分總的邏輯架構(gòu)，圍繞復(fù)雜條件及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的安定性問(wèn)題，從基本原理模型到方程解析，均安排有系統(tǒng)討論和案例解析�！冻袎涸O(shè)備安定性分析與設(shè)計(jì)》共分9章，第1章為緒論，提出《承壓設(shè)備安定性分析與設(shè)計(jì)》的研究背景、基本概念，并系統(tǒng)梳理結(jié)構(gòu)安定性分析基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的歷史脈絡(luò)；第2章和第3章為遞進(jìn)關(guān)系，分別介紹結(jié)構(gòu)安定及棘輪極限載荷分析的通用方法，以及復(fù)雜載荷條件下承壓設(shè)備的安定性分析；第4章討論復(fù)雜材料(焊接接頭)條件下安定與棘輪極限載荷的分析；第5章則進(jìn)一步延伸至多層膜-基結(jié)構(gòu)；第6章系統(tǒng)討論法蘭結(jié)構(gòu)和螺栓緊固件的安定性分析；第7章系統(tǒng)介紹線性匹配方法及其用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的安定性分析；第8章討論材料滯彈性回復(fù)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)安定極限載荷的影響。第9章系統(tǒng)介紹和分析比較國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于承壓設(shè)備的安定性設(shè)計(jì)方法，包括美國(guó)《鍋爐及壓力容器規(guī)范：ASMEBPVC-Ⅲ—2015》、英國(guó)《高溫結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定規(guī)程：R5—2014》、法國(guó)《核裝置機(jī)械部件設(shè)計(jì)和建造規(guī)則：RCC-MRx—2015》、歐盟《非直接接觸火焰壓力容器：EN13445-3—2002》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 結(jié)構(gòu)安定性及其基本概念 1
1.2 結(jié)構(gòu)安定性分析和基礎(chǔ)理論的發(fā)展歷程 3
1.2.1 結(jié)構(gòu)安定性分析的經(jīng)典簡(jiǎn)化方法發(fā)展歷程 4
1.2.2 受損結(jié)構(gòu)的安定性分析理論和方法研究進(jìn)展 7
1.2.3 高溫設(shè)備的安定性分析方法研究進(jìn)展 10
1.2.4 考慮應(yīng)變硬化的安定性分析方法研究進(jìn)展 13
1.2.5 材料棘輪與結(jié)構(gòu)棘輪的區(qū)別與聯(lián)系 15
1.3 本書內(nèi)容安排 17
第2章 結(jié)構(gòu)安定及棘輪極限載荷分析的通用方法 18
2.1 承壓設(shè)備的安定極限載荷分析方法 18
2.1.1 逐次循環(huán)法 18
2.1.2 彈性補(bǔ)償法 18
2.1.3 非線性疊加法 20
2.1.4 幾種分析方法的對(duì)比 23
2.2 承壓設(shè)備棘輪極限載荷的分析方法 25
2.2.1 線性匹配法 25
2.2.2 屈服應(yīng)力或彈性模量修正法 26
2.2.3 非循環(huán)疊加法 28
2.2.4 虛擬屈服面法 30
2.2.5 混合剩余強(qiáng)度法 31
2.3 結(jié)構(gòu)安定極限載荷的測(cè)量試驗(yàn) 31
2.3.1 載荷-位移特征點(diǎn)法 32
2.3.2 應(yīng)變率-載荷擬合法 32
2.3.3 應(yīng)變?cè)隽?循環(huán)數(shù)對(duì)數(shù)斜率法 33
2.4 Bree圖的構(gòu)建原理與應(yīng)用 33
2.4.1 基本Bree圖(不考慮蠕變) 33
2.4.2 基本Bree圖(考慮蠕變) 44
2.4.3 基于Bree圖的熱薄膜應(yīng)力評(píng)價(jià)修正 46
2.5 本章小結(jié) 49
第3章 復(fù)雜載荷條件下承壓設(shè)備的安定性分析 50
3.1 承壓設(shè)備的自增強(qiáng)與安定極限載荷分析 50
3.1.1 承壓圓筒的自增強(qiáng)與安定極限載荷分析 50
3.1.2 承壓球殼的自增強(qiáng)與安定極限載荷分析 67
3.2 雙軸應(yīng)力條件下圓筒的安定性分析 81
3.2.1 熱-機(jī)械載荷下承壓圓筒自增強(qiáng)與安定性分析 81
3.2.2 拉-彎-扭復(fù)合載荷下承壓圓筒的安定性分析 92
3.3 承壓殼體開(kāi)孔部位的安定性分析 116
3.3.1 循環(huán)內(nèi)壓下球形封頭開(kāi)孔接管的安定性分析方法 116
3.3.2 循環(huán)熱-機(jī)械載荷下開(kāi)孔圓筒的安定性分析 121
3.3.3 循環(huán)熱-機(jī)械載荷下承壓斜接管的安定性分析方法 129
3.3.4 移動(dòng)熱-機(jī)械載荷下壓力管道彎頭的安定性分析 140
3.4 熱-機(jī)械載荷下承壓殼體的棘輪極限載荷與低周疲勞評(píng)定 143
3.4.1 有限元分析模型及方法 143
3.4.2 棘輪極限載荷與疲勞壽命分析 145
3.4.3 基于安定性分析的結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)載荷確定 149
3.5 本章小結(jié) 150
第4章 熱-機(jī)械載荷下焊接接頭的安定與棘輪極限載荷分析 151
4.1 焊接接頭安定性分析的有限元模型 151
4.2 基于彈性安定極限載荷的模型驗(yàn)證 154
4.3 焊接接頭安定性分析結(jié)果與討論 154
4.3.1 坡口型式對(duì)焊接接頭安定極限載荷的影響 154
4.3.2 管道厚度對(duì)焊接接頭安定極限載荷的影響 155
4.3.3 焊材屈服應(yīng)力對(duì)焊接接頭安定極限載荷的影響 156
4.3.4 焊材彈性模量和熱膨脹系數(shù)對(duì)焊接接頭安定極限載荷的影響 158
4.4 焊接接頭安定性的簡(jiǎn)化評(píng)估方法 159
4.4.1 焊接接頭的應(yīng)力集中系數(shù) 159
4.4.2 彈/塑性安定極限載荷及拐點(diǎn)值的確定 159
4.4.3 安定/棘輪極限載荷的確定 160
4.5 本章小結(jié) 161
第5章 復(fù)雜條件下多層膜-基結(jié)構(gòu)的安定性分析 162
5.1 彈-塑-蠕變條件下多層膜-基結(jié)構(gòu)的安定性分析 163
5.1.1 彈-塑-蠕變條件下多層膜-基結(jié)構(gòu)的安定極限方程 163
5.1.2 Si-Cu雙層梁分析 167
5.2 缺陷對(duì)多層膜-基結(jié)構(gòu)安定極限載荷的影響 176
5.2.1 考慮溫度相關(guān)屈服應(yīng)力的LMM基本理論 176
5.2.2 含缺陷熱障涂層系統(tǒng)有限元模型 179
5.2.3 安定性分析結(jié)果與討論 181
5.3 延性損傷對(duì)多層膜-基結(jié)構(gòu)安定極限載荷的影響 186
5.3.1 耦合延性損傷的彈塑性理論公式 186
5.3.2 延性損傷多層梁的安定性分析 190
5.4 本章小結(jié) 199
第6章 螺栓法蘭結(jié)構(gòu)及緊固件的安定性分析 201
6.1 循環(huán)熱-機(jī)械載荷下螺栓法蘭結(jié)構(gòu)的安定性分析 201
6.1.1 整體螺栓法蘭結(jié)構(gòu)有限元模型 201
6.1.2 螺栓預(yù)緊力 202
6.1.3 安定性分析結(jié)果與討論 203
6.2 循環(huán)載荷幅對(duì)緊固件安定/棘輪極限載荷的影響 206
6.2.1 螺栓材料35CrMo的循環(huán)拉伸試驗(yàn) 206
6.2.2 考慮應(yīng)力率的黏塑性本構(gòu)方程 210
6.2.3 修正的黏塑性本構(gòu)模型 214
6.3 循環(huán)壓縮條件下密封墊片的棘輪變形與安定性分析 217
6.3.1 墊片循環(huán)壓縮試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 217
6.3.2 聚四氟乙烯墊片的循環(huán)壓縮棘輪變形分析 219
6.3.3 柔性石墨增強(qiáng)墊片的循環(huán)壓縮棘輪變形 235
6.3.4 無(wú)石棉墊片的循環(huán)壓縮棘輪變形 243
6.4 本章小結(jié) 254
第7章 熱-機(jī)械復(fù)合載荷下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪緣結(jié)構(gòu)的安定性分析 256
7.1 線性匹配法的基本原理 256
7.1.1 上限安定分析 257
7.1.2 下限安定分析 258
7.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)模型及安定性分析 258
7.2.1 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的有限元模型 258
7.2.2 材料屬性和加載條件 260
7.2.3 穩(wěn)定工況下的線彈性應(yīng)力分布 261
7.3 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的安定極限載荷分析 263
7.3.1 實(shí)際操作載荷下轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的安定性分析 263
7.3.2 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的安定極限載荷 265
7.4 轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的棘輪極限載荷分析 267
7.4.1 穩(wěn)定循環(huán)狀態(tài) 267
7.4.2 啟動(dòng)工況下轉(zhuǎn)子輪緣-葉片結(jié)構(gòu)的棘輪分析 268
7.4.3 棘輪極限載荷交互曲線 269
7.5 本章小結(jié) 270
第8章 蠕變-疲勞載荷下的滯彈性回復(fù)效應(yīng)及其對(duì)安定極限載荷的影響 271
8.1 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-疲勞試驗(yàn) 271
8.1.1 試驗(yàn)材料 271
8.1.2 試驗(yàn)條件 272
8.2 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-棘輪試驗(yàn)結(jié)果與分析 274
8.2.1 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼在蠕變-疲勞載荷下的滯彈性行為 274
8.2.2 滯彈性回復(fù)對(duì)X12CrMoWVNbN10-1-1鋼棘輪與安定行為的影響 278
8.3 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-棘輪預(yù)測(cè)模型 279
8.3.1 彈-塑-蠕變響應(yīng)的基本理論公式 280
8.3.2 考慮滯彈性的非線性隨動(dòng)硬化模型 280
8.3.3 單軸蠕變方程及參數(shù) 281
8.4 X12CrMoWVNbN10-1-1鋼的蠕變-棘輪預(yù)測(cè)結(jié)果與討論 282
8.5 本章小結(jié) 285
第9章 基于規(guī)范的承壓設(shè)備安定性設(shè)計(jì)方法 286
9.1 基于ASME規(guī)范的承壓設(shè)備安定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 286
9.1.1 中低溫構(gòu)件安定性設(shè)計(jì)規(guī)范(ASME BPVC-Ⅲ-NB) 286
9.1.2 高溫構(gòu)件安定性設(shè)計(jì)規(guī)范(ASME BPVC-Ⅲ-NH) 289
9.2 R5規(guī)程中高溫構(gòu)件安定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 298
9.2.1 結(jié)構(gòu)安定評(píng)定的簡(jiǎn)化方法 298
9.2.2 結(jié)構(gòu)安定性評(píng)定的詳細(xì)方法 299
9.2.3 安定性分析與穩(wěn)態(tài)循環(huán)應(yīng)力極限的計(jì)算 301
9.3 基于RCC-MRx規(guī)范的高溫部件安定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 311
9.3.1 不考慮蠕變情況下的漸增性變形 311
9.3.2 考慮蠕變情況下的漸增性變形 318
9.4 歐盟EN 13445-3規(guī)范中關(guān)于結(jié)構(gòu)安定性設(shè)計(jì)方法的介紹 324
9.5 日本C-TDF方法 325
9.6 蘇聯(lián)USSR規(guī)范的相關(guān)規(guī)定 325
9.7 本章小結(jié) 325
參考文獻(xiàn) 327
附錄1 逐次循環(huán)(CBC)有限元分析命令流 343
附錄2 基于非循環(huán)方法的有限單元分析命令流 351
附錄3 厚壁圓筒自增強(qiáng)壓力優(yōu)化有限元分析命令流 356
附錄4 雙層梁彈-塑-蠕變數(shù)值迭代分析程序(基于MATLAB) 360
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