壓力容器的疲勞壽命分析

丁慧娟

（菏澤華昌機械科技有限公司，菏澤 274000）

壓力容器的疲勞壽命分析

丁慧娟

（菏澤華昌機械科技有限公司，菏澤 274000）

壓力容器疲勞壽命分析常用的分析方法包括蒙特卡羅模擬法、一次二階鉅法、改進的一次二階鉅法。實際應用中應該結合具體需要合理選擇，做好疲勞壽命分析工作，為壓力容器更為有效運營和發揮作用奠定基礎。

壓力容器疲勞壽命分析蒙特卡羅模擬法一次二階鉅法

引言

石油、化工、冶金等領域，為保證各項工作順利進行，合理設置和利用壓力容器是必要的，它是重要的工藝設備。同時，為促進其作用有效發揮，保證壓力容器處于良好性能和運營狀態，進行疲勞壽命分析是必要的。文章將探討分析壓力容器疲勞壽命分析的意義，介紹具體的分析方法，并結合具體實例進行解釋說明，希望能為實際工作有效開展提供啟示。

1　壓力容器疲勞壽命分析的意義

實際工作中，采取有效方法，對壓力容器疲勞壽命進行分析是必要的，其重要作用體現在以下方面：

（1）避免連接處失效。壓力容器在使用過程中，開停車產生壓力波動，出現溫度和流體振動、腐蝕介質，構件連接處疲勞失效，制約其作用發揮和綜合性能提升。導致這些問題出現的原因是，表面存在微小裂紋，受到交變荷載的影響，再加上未能及時采取有效的預防和控制措施，使得裂紋繼續擴展，面積繼續擴大，數量不斷增多。不僅影響外形美觀，還降低壓力容器的綜合性能，縮短使用壽命，需要采取改進和完善措施。

（2）提高壓力容器質量。為促進壓力容器有效發揮作用，采取相應措施，提高壓力容器的質量是十分必要的。常用確定性的疲勞斷裂力學方法分析疲勞壽命，詳細掌握容器性能和質量狀況。及時發現和處理可能存在的裂紋，確保壓力容器有效運營和發揮作用，實現提升壓力容器綜合性能的目的。

2　壓力容器疲勞壽命分析的方法

隨著經驗總結和技術發展，疲勞壽命分析的方法不斷增多，其應用也變得越來越廣泛。具體來說，主要包括以下幾種方法：

（1）蒙特卡羅模擬法。該方法又稱為隨機模擬法或統計實驗法，在分析壓力容器疲勞壽命方面具有重要意義，對各項工作順利開展具有積極作用。具體應用中，根據統計抽樣理論，利用計算機研究隨機變量。已知狀態變量概率分布并結合狀態函數，用蒙特卡羅模擬法的隨機數代入狀態函數計算隨機數。同時計算得出個狀態函數隨機數，從而更好滿足實際需要，實現對壓力容器壽命的全面分析，掌握壓力容器基本狀態。

（2）一次二階鉅法。計算過程中，根據該模型實際情況采取有效的計算方法，更為細致全面的掌握壓力容器的質量狀況。按照可靠性理論求得極限狀態方程，設各變量不相關，求出隨機狀態變量均值、標準差。進而分析計算零件的可靠性指數和失效概率，實現對壓力容器疲勞壽命的全面分析，掌握壓力容器綜合性能和基本狀態。

（3）改進的一次二階鉅法。在一次二階鉅法的基礎之上，對模型進行改進和完善，從而更為細致全面的開展計算和分析工作，并用傳統可靠性理論求解。具體步驟如下：求隨機變量的均值或標準差，選擇初值，計算方向余弦，求出零件的可靠性指數和零件的失效概率。從而順利完成計算和分析任務，全面掌握壓力容器的基本狀態。并對存在的不足改進和完善，保證壓力容器處于良好性能和工作狀態。

3　壓力容器疲勞壽命分析的實例

為了對疲勞壽命分析有更為全面的了解，下面將通過具體實例進行探討分析。

（1）容器簡介。某壓力容器用7079-Tb鋁合金制作，內徑508mm，壁厚25.4mm，工作壓力循環0～21MPa。經過仔細檢測和全面分析，對壓力容器的綜合性能有全面了解。檢測中發現殼體內壁沿母線方向有半橢圓的表面裂紋，根據實際處理工作需要，現計算分析該壓力容器的疲勞壽命見表1。為采取措施修復表面裂紋，提高其質量和綜合性能創造條件。

表1　基本隨機變量的均值與方差

（2）計算機編程步驟。輸入已知數據，用蒙特卡羅模擬法抽取隨機變量值，計算剩余壽命值并得出均值和標準差。計算壓力容器疲勞壽命（圖1），繪制失效概率曲線（圖2），方便對壓力容器綜合性能進行全面分析。當初始裂紋尺寸為1.0mm時，蒙特卡羅模擬法、一次二階鉅法、改進的一次二階鉅法計算得到的疲勞壽命分別為 16619循環、15568循環、16000循環。當初始裂紋尺寸為2.0mm時，蒙特卡羅模擬法、一次二階鉅法、改進的一次二階鉅法計算得到的疲勞壽命分別為9702循環、7680循環、8698循環。不同方法得出的計算結果存在差異，實際工作中應該明確這種差異，做好全面分析工作。當3種方法計算所得疲勞壽命為50 000循環時，失效概率接近96%；疲勞壽命15 000循環時，失效概率接近9%。

圖1　不同初始裂紋尺寸的疲勞壽命曲線

圖2　失效概率曲線

（3）分析和討論。雖然三種方法所得的計算結果不完全一致，但比較接近。初始裂紋尺寸增大，疲勞壽命減小；疲勞壽命增加，失效概率增大。這是計算分析工作中需要認識的問題，應該對此進行合理把握和控制。蒙特卡羅模擬法的計算工作量大，循環次數多，需要消耗大量的時間；一次二階鉅法計算簡單，但精準度稍差；改進的一次二階鉅法循環次數少，收斂比較快。整體上講，蒙特卡羅模擬法和改進的一次二階鉅法計算精準度高，具體選用中應該對此進行綜合全面考慮。

4.　結束語

總之，采取有效方法，做好壓力容器疲勞壽命分析工作是十分必要的。實際工作中應該結合具體需要合理選用相應的方法，重視壽命分析，進而全面掌握壓力容器基本情況。并對存在缺陷及時處理，保證壓力容器處于良好性能和運營狀態，使其更為有效的發揮作用。

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［4］李國成，劉仁桓.壓力容器安全評定技術基礎［M］.北京：石化出版社，2007.

Analysis on Fatigue Life of Pressure Vessel

DING Huijuan
（Hua Chang Machinery Technology Co.，Ltd.，Heze 274000，China）

The fatigue life of pressure vessel analysis commonly used analytical methods include Monte Carlo simulation method，a second-order major method，improved a second-order major method. Practical application should be combined with the specific needs of a reasonable choice，a good job of fatigue life analysis play a role in laying the foundation for a more effective operation of pressure vessel.

pressure vessel，fatigue life analysis，Monte Carlo simulation method，second order major method