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摘要：不同的预应变量能够对试件和压力容器产生一定的影响，使之产生不同程度的塑性变形，但是，材料本身的强化效应能够在一定程度上弥补试件和压力容器的塑性变形，降低容器塑性失稳状态下的载荷。对径比为1.02到1.10范围内的容器，预变后容器的塑性失稳压力的影响甚小。同时考虑容器的塑性变形以及材料的强化效应的改变情况，大约4%到12%的试件和容器的最小安全裕度会有常规的4.76降低到2.21。本次研究得到的最小安全裕度和国外相关的标准一致，这说明应变强化对压力容器安全裕度有较高的影响。
关键词：压力容器 安全裕度 应力强化
1.应变强化路径对压力容器塑性失稳性的影响
1.1不同情况的加载路径试件的预拉伸试验以及结果的数据分析
本次试验选取的试验对象是四个相同的06Gr19Ni10材料试件，标号分别为a、b、c、d，然后对试验材料的矩形截面试件分别进行不同路径的预拉伸试验，a试件拉伸程度为断裂，b、c、d采用不同的拉伸力对其拉伸，使得试件发生部分塑性变形、卸载恢复、再拉伸直至材料断裂，通过实验比较各试件在不同预应变下的拉伸承载能力，实验结果如下所示：
试件编号 试件的厚度（mm） 第一次加载载荷 卸载后参与应变 试件拉伸最大负荷与试件初始截面积比值（MPa）
a 6.00 — — 798.25
b 6.00 86.98 0.10 779.19
c 6.00 120.39 0.14 758.12
d 6.00 107.56 0.85 780.01
通过实验数据分析可得，在不同加载路径的情况下，也就是不同程度的应变强化情况下，这些材料的极限承载能力的变化程度是不大的，说明不同加载路径虽然能够使得材料的失稳点发生变化，但是对材料的极限承载能力的影响是微乎其微的。
1.2有限元模拟试验分析
在实际情况中，影响压力容器材料属性的重要元素包括温度，所以本次试验针对的对象是压力容器所处室温应变强生产塑性变形的实际加载情况。本次试验选用的试验方法是有限元模拟试验方法，设定两种加载方式。第一种为一次性加载使材料的塑性失稳。第二种是分两次加载，第一次加载时使材料达到塑性变形的目的，卸载后对材料进行第二次加载，直接使材料的塑性失稳。在模拟的过程中，压力容器模型选择为?350mm×8mm×18000mm的圆筒容器，通过查表可知厚度为8mm的06Gr19Ni10钢板的实测应变曲线。在此要注意，第二种加载方式的计算过程中要给容器施加0.10左右的6组预应变，计算结果如下：
加载方式 预应变量c 第一次加载载荷（Po/Mpa） 塑性失稳压（Pblin/Mpa） 最大环向应变
第一种 0.00 — 24.78 0.387
第二种 0.02 15.23 24.69 0.352
0.04 16.32 24.79 0.322
0.06 17.35 24.91 0.301
0.08 18.75 24.76 0.289
0.10 19.29 24.77 0.278
0.12 20.64 24.70 0.257
从实验数据的分析中可以看出，在上述两种加载方式的影响下，该压力容器模型的材料塑性失稳压力基本没有变化，而最大环向应变却随着预应变量的逐渐增大而减小等。
总体来说，通过这个实验可以得知，压力容器的极限承载能力是不会随着加载方式的变化而变化的，但是预应变强化容器的储备却会随着预应变量的增加而逐渐减小。
2.压力容器整体的塑性变形与压力容器材料失稳压力的联系
在分析压力容器的塑性失稳压力与预应变量的联系时，可以采用有限元分析法对其进行试验分析。在本次试验中，压力容器试验模型的初始内径为350毫米，在试验数据的分析计算过程中压力容器的模型长度应当大于等于5倍的内径。根据实际情况，在现实中的应变强化压力容器一般都是薄壁容器，所以可以合理的将容器的径比选择在1.08左右，根据实验要求则可以详细取1.02、1.04、1.06、1.08、1.10五组数据。详细如下：
预应变C 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
材料塑性失稳压力变化 -3.24% -4.24% -6.42% -5.34% -4.98%
试验完成之后对数据进行计算分析发现，两种模型的有限元的计算结果基本相当，在取上述五组数据的径比情况下，塑性变形对压力容器材料的失稳压力有一定的影响，压力容器的模型在0.04到0.12的预应变范围内塑性失稳压力的平均下降幅度最大为6.42%，是发生在预应变量为0.08的情况下。 应变强化会使得压力容器的半径逐渐变大，壁厚逐渐减小，但是材料的塑性失稳压力的下降幅度却很小，这也说明材料的强化效应在一定程度上对容器的尺寸改变做到了一定的弥补。
3.结论
通过数据的分析，不同的预应变量能够使容器产生不同的塑性变形，一段时间后在材料硬度的影响下容器的塑性变形会逐渐恢复。对于径比为1.08的薄壁容器来说，容器壁厚对应变强化后的容器塑性失稳压力的影响程度是很小的，如果在此对容器预应变后容器外形的改变和材料应力曲线改变的情况进行分析，在4%至20%的预应变后的最小安全裕度会明显下降，与当今时期最低安全裕度标准要求是相当的，证明应变强化对压力容器的安全裕度的影响效果是非常明显的。应变强化技术作为一种新的技术，虽在一定程度上降低了容器材料的部分塑性，但是其也在一定程度上提高了材料的屈服强度。应用应变强化技术之后，压力容器的壁厚就会降低，这不仅能够降低容器的重量，更重要的是能够提高材料的利用效率。
参考文献
[1]江楠，陈国旋，李兆锋.应变强化对压力容器安全裕度的影响.《华南理工大学学报（自然科学版）》.2012年11期
[2]周连东，江楠 ASME应变强化本构模型及压力容器安全裕度分析.《压力容器》.2011年6期
关键词：压力容器 安全裕度 应力强化
1.应变强化路径对压力容器塑性失稳性的影响
1.1不同情况的加载路径试件的预拉伸试验以及结果的数据分析
本次试验选取的试验对象是四个相同的06Gr19Ni10材料试件，标号分别为a、b、c、d，然后对试验材料的矩形截面试件分别进行不同路径的预拉伸试验，a试件拉伸程度为断裂，b、c、d采用不同的拉伸力对其拉伸，使得试件发生部分塑性变形、卸载恢复、再拉伸直至材料断裂，通过实验比较各试件在不同预应变下的拉伸承载能力，实验结果如下所示：
试件编号 试件的厚度（mm） 第一次加载载荷 卸载后参与应变 试件拉伸最大负荷与试件初始截面积比值（MPa）
a 6.00 — — 798.25
b 6.00 86.98 0.10 779.19
c 6.00 120.39 0.14 758.12
d 6.00 107.56 0.85 780.01
通过实验数据分析可得，在不同加载路径的情况下，也就是不同程度的应变强化情况下，这些材料的极限承载能力的变化程度是不大的，说明不同加载路径虽然能够使得材料的失稳点发生变化，但是对材料的极限承载能力的影响是微乎其微的。
1.2有限元模拟试验分析
在实际情况中，影响压力容器材料属性的重要元素包括温度，所以本次试验针对的对象是压力容器所处室温应变强生产塑性变形的实际加载情况。本次试验选用的试验方法是有限元模拟试验方法，设定两种加载方式。第一种为一次性加载使材料的塑性失稳。第二种是分两次加载，第一次加载时使材料达到塑性变形的目的，卸载后对材料进行第二次加载，直接使材料的塑性失稳。在模拟的过程中，压力容器模型选择为?350mm×8mm×18000mm的圆筒容器，通过查表可知厚度为8mm的06Gr19Ni10钢板的实测应变曲线。在此要注意，第二种加载方式的计算过程中要给容器施加0.10左右的6组预应变，计算结果如下：
加载方式 预应变量c 第一次加载载荷（Po/Mpa） 塑性失稳压（Pblin/Mpa） 最大环向应变
第一种 0.00 — 24.78 0.387
第二种 0.02 15.23 24.69 0.352
0.04 16.32 24.79 0.322
0.06 17.35 24.91 0.301
0.08 18.75 24.76 0.289
0.10 19.29 24.77 0.278
0.12 20.64 24.70 0.257
从实验数据的分析中可以看出，在上述两种加载方式的影响下，该压力容器模型的材料塑性失稳压力基本没有变化，而最大环向应变却随着预应变量的逐渐增大而减小等。
总体来说，通过这个实验可以得知，压力容器的极限承载能力是不会随着加载方式的变化而变化的，但是预应变强化容器的储备却会随着预应变量的增加而逐渐减小。
2.压力容器整体的塑性变形与压力容器材料失稳压力的联系
在分析压力容器的塑性失稳压力与预应变量的联系时，可以采用有限元分析法对其进行试验分析。在本次试验中，压力容器试验模型的初始内径为350毫米，在试验数据的分析计算过程中压力容器的模型长度应当大于等于5倍的内径。根据实际情况，在现实中的应变强化压力容器一般都是薄壁容器，所以可以合理的将容器的径比选择在1.08左右，根据实验要求则可以详细取1.02、1.04、1.06、1.08、1.10五组数据。详细如下：
预应变C 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
材料塑性失稳压力变化 -3.24% -4.24% -6.42% -5.34% -4.98%
试验完成之后对数据进行计算分析发现，两种模型的有限元的计算结果基本相当，在取上述五组数据的径比情况下，塑性变形对压力容器材料的失稳压力有一定的影响，压力容器的模型在0.04到0.12的预应变范围内塑性失稳压力的平均下降幅度最大为6.42%，是发生在预应变量为0.08的情况下。 应变强化会使得压力容器的半径逐渐变大，壁厚逐渐减小，但是材料的塑性失稳压力的下降幅度却很小，这也说明材料的强化效应在一定程度上对容器的尺寸改变做到了一定的弥补。
3.结论
通过数据的分析，不同的预应变量能够使容器产生不同的塑性变形，一段时间后在材料硬度的影响下容器的塑性变形会逐渐恢复。对于径比为1.08的薄壁容器来说，容器壁厚对应变强化后的容器塑性失稳压力的影响程度是很小的，如果在此对容器预应变后容器外形的改变和材料应力曲线改变的情况进行分析，在4%至20%的预应变后的最小安全裕度会明显下降，与当今时期最低安全裕度标准要求是相当的，证明应变强化对压力容器的安全裕度的影响效果是非常明显的。应变强化技术作为一种新的技术，虽在一定程度上降低了容器材料的部分塑性，但是其也在一定程度上提高了材料的屈服强度。应用应变强化技术之后，压力容器的壁厚就会降低，这不仅能够降低容器的重量，更重要的是能够提高材料的利用效率。
参考文献
[1]江楠，陈国旋，李兆锋.应变强化对压力容器安全裕度的影响.《华南理工大学学报（自然科学版）》.2012年11期
[2]周连东，江楠 ASME应变强化本构模型及压力容器安全裕度分析.《压力容器》.2011年6期