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第一章 绪论1

1.1疲劳断裂事故与工程断裂力学的应用1

1.2在役设备现状与疲劳断裂控制的意义2

1.3疲劳断裂控制设计思想3

1.4设备安全诊断技术的基本思路4

1.5现代压力容器安全工程学6

第二章 超高压容器用钢材8

2.1引言8

2.2超高压容器用钢的基本性能8

2.2.1化学成分9

2.2.2常规力学性能10

2.2.3疲劳强度13

2.2.4回火脆化和时效脆化14

2.2.5高温性能16

2.3超高压容器用钢的生产工艺17

2.3.1冶炼17

2.3.2热加工19

2.3.3热处理19

2.4超高压容器用钢20

2.4.1材料选择原则20

2.4.2 30CrNiMo8钢的力学性能23

2.4.3 AISI4340（40CrNi2Mo）钢的力学性能31

2.4.4 G4335V钢的力学性能32

2.4.5 30CrNiMo8钢与AISI4340钢、G4335V钢的对比与分析34

2.5设计选材注意事项36

第三章 超高压厚壁容器应力分析及强度计算37

3.1厚壁圆筒应力分析37

3.1.1平衡方程37

3.1.2几何方程38

3.1.3应力计算39

3.1.4径向位移43

3.1.5厚壁圆筒的温差应力44

3.1.6在工作内压与温差作用下的筒壁应力47

3.2厚壁圆筒的强度计算48

3.2.1弹性失效准则及其强度计算式48

3.2.2塑性失效准则及其强度计算式51

3.2.3爆破失效准则及其强度计算式53

3.3自增强技术及自增强容器的应力分析与计算54

3.3.1自增强技术54

3.3.2自增强处理压力的计算55

3.3.3自增强压力引起的筒壁应力和应变57

3.3.4部分塑性圆筒的残余应力60

3.3.5完全塑性圆筒的残余应力61

3.3.6自增强处理的反向屈服62

3.3.7包辛格效应的影响63

3.3.8最佳自增强度的选择64

3.4双向幂硬化材料模型的自增强理论66

3.4.1自增强理论模型建立67

3.4.2实际筒体的自增强实验74

3.4.3分析与结论74

3.5自增强理论模型优化方法和实用软件研究76

3.5.1各种模型适用性分析77

3.5.2自增强优化模型及自增强技术软件开发79

3.6厚壁圆筒再次自增强残余应力的计算81

3.6.1再次自增强的计算81

3.6.2实验数据与计算结果的比较83

3.6.3结论84

3.7自增强容器的设计步骤84

第四章 自增强超高压厚壁管残余应力衰减规律86

4.1自增强厚壁管残余应力松弛的原因、特点与机理86

4.1.1残余应力松弛的原因86

4.1.2残余应力松弛的特点87

4.1.3残余应力松弛的机理88

4.2自增强反应管残余应力松弛试验92

4.2.1内压循环残余应力松弛试验93

4.2.2稳态温度场残余应力松弛试验96

4.2.3自增强筒在交变内压及稳态温度场共同作用下的残余应力松弛试验98

4.2.4分解反应短时异常超温对自增强管残余应力损伤的影响100

4.3工程上在役反应器自增强管残余应力衰减的测定实例101

4.4设计注意事项104

第五章 超高压容器的疲劳105

5.1概述105

5.1.1疲劳破坏的特点105

5.1.2疲劳的分类106

5.1.3交变载荷特性106

5.2金属材料的疲劳特性108

5.2.1金属材料的拉伸特性108

5.2.2循环应力—应变下的材料特性108

5.2.3循环应力—应变曲线110

5.2.4无缺陷试件疲劳裂纹起因111

5.3疲劳曲线112

5.3.1高周疲劳曲线的基本特性——持久极限113

5.3.2低周疲劳曲线的基本特性——应变疲劳114

5.3.3日本超高压圆筒容器设计规则（HPIS—C—103—1989）中的疲劳曲线116

5.4裂纹形成寿命的估算121

5.4.1低周疲劳及应变—寿命曲线121

5.4.2寿命预测的局部应力—应变法（诺伯法）123

5.4.3影响低周疲劳性能的因素124

5.4.4考虑平均应力影响后的疲劳寿命计算130

5.4.5局部应力—应变法估算裂纹形成寿命的步骤134

5.5疲劳损伤累积理论134

5.5.1累积损伤的概念134

5.5.2迈内尔理论135

5.5.3损伤计算136

5.6计算实例138

5.7疲劳设计准则143

5.7.1安全寿命设计143

5.7.2破损—安全设计144

5.7.3安全寿命设计和破损安全设计的选用144

5.8设计注意事项145

第六章 断裂力学在厚壁压力容器设计上的应用147

6.1概述147

6.2线弹性断裂力学基本原理148

6.2.1应力强度因子与材料断裂韧性KIC148

6.2.2对应力强度因子KI的修正152

6.2.3裂纹特征尺寸及复合型裂纹的近似处理157

6.2.4线弹性断裂判据158

6.2.5线弹性断裂力学在压力容器上的应用158

6.3厚壁圆筒内壁均布、非均布多裂缝的应力强度因子159

6.3.1内表面裂缝159

6.3.2 K1、K1型复合应力强度因子160

6.3.3单裂缝和环向均布多裂缝的应力强度因子162

6.3.4厚壁圆筒内壁多裂缝“载荷松弛”机理165

6.3.5单裂缝应力强度因子（K 1）e.1的计算170

6.3.6相对分布2裂缝的应力强度因子Ke.2171

6.3.7环向均布多个相同纵向半椭圆形内表面裂缝应力强度因子Ke.n173

6.3.8环向非均布多个不同纵向半椭圆形内表面裂缝的应力强度因子Ke.N173

6.4非均布多个半椭圆形裂缝的应力强度因子计算的工程实例179

6.5在役超高压容器脆性破坏的评价180

6.5.1疲劳断裂过程和断裂质量控制180

6.5.2裂纹亚临界疲劳扩展181

6.5.3设计举例187

6.6压力容器先漏后破失效分析192

6.6.1欧文准则192

6.6.2疲劳裂纹的扩展和断裂分析199

6.7设计注意事项209

第七章 断裂控制设计211

7.1引言211

7.2历史的回顾214

7.3断裂控制设计216

7.3.1工作条件和载荷的描述216

7.3.2确定各因素对元件断裂或对结构破坏的影响217

7.3.3确定各种设计方法对减少元件断裂或结构破坏的效能和相互关系221

7.4设计注意事项226

第八章 专家系统理论分析227

8.1管式反应器安全损伤模式分析227

8.1.1管式反应器安全损伤的特征227

8.1.2安全损伤参量的特征识别228

8.1.3诊断模式229

8.2在役管式反应器安全诊断的理论模型229

8.3安全诊断规则与事故规则推理网络250

8.4专家评定导则252

8.5在役超高压自增强容器安全诊断与评定专家系统253

第九章 在役超高压聚乙烯反应管安全诊断的工程实例255

9.1概述255

9.2安全诊断要解决的问题255

9.3工程实例256

第十章 自增强处理工艺265

10.1自增强处理技术的设计265

10.1.1自增强处理的总原则265

10.1.2自增强处理应考虑的主要因素265

10.1.3弹塑性交界面半径的选定266

10.1.4最佳应力条件下rc的计算266

10.1.5自增强处理压力的计算267

10.1.6自增强处理压力的校核267

10.2自增强厚壁圆筒自增强度的检验与控制267

10.2.1理论pa同εθ0的关系268

10.2.2自增强度的检验269

10.2.3自增强度的控制271

10.2.4工程实例271

10.2.5小结273

10.3液压法自增强处理工艺274

10.3.1伍德哈根厂自增强处理实例274

10.3.2大庆——济源厂自增强处理实例277

10.4挤扩自紧法285

10.5爆炸胀压法288

参考文献289