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    2. 什么是自增强处理系统

      2016-04-05 0

      增加容器壁厚在一定程度上可以提高容器的承载能力。但对于高压、超高压容器,随着工作压力的提高,无限增加壁厚,会使得容器壁?#31995;?#24212;力分布更加不均匀。而且,当容器内的工作压力大于0.58σs时,增加壁厚并不能避免内壁的屈服。另外,壁厚的增加无疑增加了材?#31995;?#28040;耗和加工的困?#36873;?#25152;以,提高高压及超高压容器弹性承载能力和立即有效的方法就是使器壁产生预应力。 

      自增强就是在圆筒内壁施加很高的压力,使内壁屈服,产生径向扩大的残余变形,然后卸除压力。此时,由于外层材?#31995;?#24377;性收缩,使已经塑性变形的内层材料在弹性恢复后产生压缩应力,获得残余压应力的方法。厚壁圆筒在承受内压载荷时内壁应力大于外壁应力。当内壁屈服时圆筒的外层还是有相当大的弹性承载能力。如果在工作之前先在内壁用液压法或用机械型压方法使内层材料先发生屈服产生残余扩张变形成弹塑性状,卸载后内层得到压缩预应力,外层得到拉伸预应力。工作后重新受压力载荷时内壁的应力将有所降低,而外壁应力有所增加,内外层应力的差?#23548;?#23567;和应力分布的不均匀性得到改善,并且重新受压后可使内壁屈服的压力得以提高(图4—13)。自增强不能提高厚壁圆筒的爆破压力。由于内壁得到残余压应力,可提高内壁材料抗疲劳损伤的能力,有利于提高疲劳寿命。

      自增强工艺过程一般是以外壁应变为控制变量,对应用于每一周向应变,即可预示圆筒塑性变形的程度,确定对应的弹塑性界面半径。 
      自增强容器的最大优点是施加工作内压后,应力最大的内壁的应力降低,应力分布变得均匀,全部应力维持在弹性范围内,弹性操作范围扩大,弹性承载能力提高。 

      自增强容器的另一个突出优点是,内壁存在压缩残余应力,操作时将使内壁平均应力降低,疲劳强度显著提高。 

      自增强技术已成为超高压容器设计的一种重要的方法。 作为一种压力处理技术,自增强也可用于一般压力容器的制造。其目的是,由于弹性承载能力的提高,可以减薄器壁厚度,节约材料?#25442;?#29992;强度?#31995;?#30340;材料替代使用,降低产品生产成本。

      2、 图4—13 厚壁圆筒自增强效果

      3、 (a)加载时的应力分布;(b)卸载后的残余应力

      σt—材料在设计温度t时的许用应力;σz—轴向应力;σr—圆筒在r处的径向应力;σθ—圆筒在r处的周向应力;Ri—圆筒的内半径;R0—圆筒的外半径,Rc—圆筒塑性区与弹性区的临界半径。