超高壓容器疲勞設(shè)計
    人們發(fā)現(xiàn)金屬、非金屬和復(fù)合材料等各種結(jié)構(gòu)材料在變動載荷作用下都會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。1972年美國材料試驗學(xué)會從專業(yè)角度上將“疲勞”作為專業(yè)術(shù)語定義為：“在某些條件下，金屬材料中不斷發(fā)展著局部的變化過程，這些條件是指在材料某個點(diǎn)或某些點(diǎn)上產(chǎn)生交變應(yīng)力和應(yīng)變，并且當(dāng)交變的次數(shù)達(dá)到一定數(shù)量之后會產(chǎn)生裂紋或完全斷裂。”
疲勞引起的破壞是普遍而且驚人的，據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械的斷裂事故中80%以上是由金屬疲勞引起的，位居各種破壞行業(yè)前列。以往人們認(rèn)為壓力容器結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，操作條件相對穩(wěn)定，變形又屬于彈性小變形范圍，因而對疲勞發(fā)生的可能性認(rèn)識不足。其實，壓力容器頻繁的間歇操作或操作過程中較大的壓力變化、波動；周期性的溫度變化對材料的影響及溫度變化使容器及其部件的膨脹和壓縮受到約束；強(qiáng)迫振動；外載的變化等等；乃至近20多年來壓力容器結(jié)構(gòu)趨向大型化，操作條件日漸苛刻，安全系數(shù)的降低，接管、開孔處局部應(yīng)力的陡增有可能遠(yuǎn)超過材料的屈服強(qiáng)度。除此之外，隨著操作壓力的提高以及結(jié)構(gòu)大型化，各種低合金高強(qiáng)度鋼廣泛被采用，屈強(qiáng)比提高雖然可以提高承載能力，但材料塑性儲備及對應(yīng)力集中的敏感性和耐疲勞抗力卻有所降低，容器在制造過程中容易產(chǎn)生裂紋及其它缺陷，從而增加了疲勞破壞的可能性。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料統(tǒng)計，壓力容器失效事故中，疲勞失效約占30%。對于高壓、超高壓容器及管道、管件，雖然設(shè)計上認(rèn)真選材，制造上嚴(yán)格檢查，但由于壁厚大，應(yīng)力分布不均勻，在制造和操作運(yùn)行中難免出現(xiàn)隱蔽的缺陷，成為疲勞的隱患，由于工作壓力較高，疲勞破壞產(chǎn)生的影響比一般壓力容器嚴(yán)重的多，不可忽視。
超高壓容器疲勞裂紋的特征。近代科學(xué)研究已證實，疲勞破壞的禍?zhǔn)资橇鸭y，疲勞破壞的過程是：零（構(gòu)）件在循環(huán)載荷作用下，在局部的較高應(yīng)力處，較弱的及應(yīng)力較大的晶粒上形成微裂紋，然后發(fā)展成宏觀裂紋，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，導(dǎo)致疲勞斷裂。
超高壓容器疲勞裂紋的基本特征是由一個缺陷開始，然后沿徑向擴(kuò)展成長軸平行于筒體內(nèi)壁經(jīng)線的橢圓狀。破壞形式可有如下幾種？
一、臨界裂紋深度大于壁厚時，將產(chǎn)生緩慢的斷裂破壞，即“先漏后破”，這是一種穩(wěn)定的裂紋徑向擴(kuò)展；
二、臨界裂紋深度小于壁厚時，裂紋一旦徑向失穩(wěn)擴(kuò)展，便以音速的數(shù)量級速度傳播，容器將有突然災(zāi)難性爆裂的可能；
三，在超高壓管和圓筒的端部密封處，由于軸向力的作用，有時會在密封部位產(chǎn)生環(huán)向裂紋，這種裂紋多出現(xiàn)在靜外壓圓筒上；
四、外壁采用靜液壓支撐的圓筒，其裂紋沿半徑方向成40o~50o的傾斜方向擴(kuò)展。
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