多组分材料球形容器热力耦合应力分析与组分设计.pdf

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1、多组分材料球形容器热力耦合应力分析与组分设计张骞，王泽武，胡大鹏。高淑娟，刘培启(大连理工大学化工机械学院，辽宁大连116024)摘要：随着堆焊、涂层及纳米等先进材料制造技术迅速发展，不同组分多层复合材料压力容器在工业中得到越来越广泛应用。然而，这些复合材料容器的覆层材料在热力耦合作用下的强度问题一直是理论研究和工程应用的盲区。为此，基于小变形线弹性理论和有限元数值方法，建立了某基层和覆层(耐蚀层+过渡层)三层材料组成的不同组分材料球形压力容器在热力耦合作用下的解析解和数值解，重点研究了覆层材料的力学性能。研究结果表

2、明，理论解和数值解完全吻合，并得到覆层材料的力学特性。多方案对比分析结果也为该类不同组分多层复合材料容器更为科学的设计提供了理论依据和技术支持。关键词：压力容器；多层材料；堆焊技术；覆层中图分类号：TH49；0343．6；TB331文献标识码：A文章编号：1001—4837(2012)03—0001—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．03．001Thermo——mechanicalCouplingStressAnalysisandComponentDesignofSpherica

3、lPressureVesselMadeofMulti——componentMaterialsZHANGQian，WANGZe—WB，HUDa—peng，GAOShu—juan，LIUPei—qi(SchoolofChemicalMachinery，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract：Pressurevesselsmadeofmulti—componentmaterialsarewidelyappliedintotheindustrialen

4、—gineeringwiththerapiddevelopmentoftheadvancedmaterialmanufacturingtechnology，suchastheO—verlayingwelding，coatingtechnologyandnanometertechnology．However，littleworkwasreportedonthethermo—mechanicalcouplingstrengthofthecladdingforthecompositesvesse1．Basedontheli

5、near—elastictheoryandfiniteelementtechnology，therefore，theclosedformsolutionandnumericalsolutionwereconstructedforthepressurevesselmadeofthree——layermaterialsincludingthebaselayerandthecladding(thecorrosionresistantandthetransitionlayers)subjectedtothepressurea

6、ndtemperatureloads，andthenthemechanicalbehaviorofthecladdingwasfurtherinvestigated．Theresuhsshowgoodagreementbetweentheclosedformsolutionandnumericalsolution．Moreover，comparativeanalysisofthetemperatureconditionandgeometricdistributionwasalsoconducted，whichwoul

7、dbehelpfulforthesci·eutificdesignofthepressurevesselmadeofmulti—layermaterials．Keywords：pressurevessel；multi—componentmaterials；overlayingwelding；cladding基金项目：国家自然科学基金(51005030)；中央高校基本科研业务费专项基金(DUT1lLK25)·1-多组分材料球形容器热力耦合应力分析与组分设计vo129．No32012显得尤为必要。文中主要以图l所示半球形

8、容器0引言为研究对象，基于小变形线弹性理论和有限元数值方法，研究覆层(含耐蚀层、过渡层)和基层结为了满足不同介质相容性要求，传统单一组构在热力耦合作用下的强度分析，并进行覆层材分(金属或合金)已很难完全满足现代化生产对料分布优化设计。压力容器材料综合性能的需要，因而近年来出现的不同组分材料(如异种金属层合)压力容器得1理论解析解推导到广泛应用，