基於損傷模式的壓力容器設計原理（簡體書）

《基於損傷模式的壓力容器設計原理》是一本關於壓力容器強度設計領域的專著。《基於損傷模式的壓力容器設計原理》以蠕變、疲勞、棘輪等8種高溫壓力容器主要的損傷模式為主線，針對每一種損傷模式均系統介紹了其演化機理、理論模型和設計分析方法，並依託典型案例的解析，系統梳理世界主要標準中相關分析路線的特點及應用示範。《基於損傷模式的壓力容器設計原理》共分9章，第1章為緒論，提出了《基於損傷模式的壓力容器設計原理》的研究背景、基本概念，梳理了壓力容器強度研究和設計方法發展的歷史脈絡；第2章和第3章分別介紹蠕變和疲勞理論及強度設計方法；第4～7章為遞進關係，分別討論了安定與棘輪、屈曲以及蠕變-疲勞耦合下的損傷理論和設計方法；第8章討論裂紋擴展模式下的強度分析與壽命預測；第9章系統介紹核壓力容器特有的輻照損傷模式，系統介紹其演化原理、理論模型和工程設計方法，以及國際主要標準的技術路線對比分析。

目錄 前言 第1章 緒論 1 1.1 壓力容器及發展歷史 1 1.2 壓力容器的失效、損傷模式與設計原理 7 1.3 壓力容器強度設計的基本概念 11 1.3.1 時間相關的許用應力 11 1.3.2 應力分類 12 1.3.3 參考應力 13 1.3.4 等時應力-應變曲線 15 1.3.5 循環應力-應變曲線 17 1.3.6 彈性跟隨效應 18 1.4 壓力容器主流設計規範簡介 22 1.4.1 美國ASME標準 24 1.4.2 法國RCC-MRx規範 28 1.4.3 英國R5規程 30 1.5 本書的基本內容及邏輯框架 32 參考文獻 33 本章主要符號說明 35 第2章 壓力容器的蠕變損傷及強度設計 36 2.1 蠕變現象及基本概念 36 2.1.1 蠕變現象與基本特徵 36 2.1.2 蠕變設計相關的幾個基本概念 38 2.2 蠕變變形機理及本構模型 40 2.2.1 蠕變變形的物理機制 40 2.2.2 蠕變變形的本構方程 44 2.3 蠕變破裂機理及壽命預測 46 2.3.1 蠕變破裂的物理機制 47 2.3.2 蠕變破壞參數的預測及外推 48 2.4 壓力容器的蠕變強度設計判據 56 2.4.1 載荷控制的破壞 56 2.4.2 變形控制的破壞 57 2.5 基於彈性技術路線的壓力容器蠕變強度設計 58 2.5.1 基於ASME標準的蠕變強度設計 58 2.5.2 基於RCC-MRx規範的蠕變強度設計 65 2.6 壓力容器蠕變設計的近似方法 66 2.6.1 基於穩態蠕變狀態的彈性近似分析 66 2.6.2 基於參考應力的蠕變強度分析 67 2.7 基於損傷理論的壓力容器蠕變設計 69 2.8 壓力容器蠕變設計案例 70 2.8.1 基於ASME Ⅲ-5 HBB標準的蠕變強度考核 71 2.8.2 基於RCC-MRx規範的彈性分析方法 72 2.8.3 基於RCC-MRx規範的極限分析方法 73 參考文獻 74 本章主要符號說明 78 第3章 壓力容器的疲勞損傷與強度設計 81 3.1 疲勞現象及基本概念 81 3.1.1 疲勞現象 81 3.1.2 疲勞強度相關的基本概念 82 3.2 疲勞損傷的物理機制 90 3.3 疲勞損傷與壽命預測模型 92 3.3.1 單軸應力下的壽命預測模型 92 3.3.2 多軸應力下的壽命預測修正 943.4 壓力容器疲勞設計的原理與判據 96 3.4.1 蠕變效應可忽略 97 3.4.2 蠕變效應不可忽略 97 3.5 壓力容器疲勞設計的基本方法 98 3.5.1 彈性分析方法 98 3.5.2 彈塑性分析方法 98 3.6 壓力容器疲勞強度與壽命分析的彈性路線 101 3.6.1 基於ASME Ⅲ-NB標準的彈性分析路線 101 3.6.2 基於ASME Ⅷ-2標準的彈性分析路線 103 3.6.3 基於ASME Ⅲ-5 HBB/RCC-MRx/R5的彈性分析路線 105 3.7 壓力容器疲勞強度與壽命分析的彈塑性路線 105 3.7.1 基於ASME Ⅷ-2標準的彈塑性分析路線 105 3.7.2 基於ASME Ⅲ-5 HBB/RCC-MRx/R5的彈塑性分析路線 106 3.8 壓力容器疲勞強度與壽命分析的損傷分析路線 106 3.9 壓力容器疲勞設計案例 107 參考文獻 109 本章主要符號說明 111 第4章 壓力容器的安定與棘輪失效及設計方法 114 4.1 結構安定與棘輪現象及基本概念 114 4.2壓力容器安定/棘輪基本理論及研究進展 115 4.2.1 經典的結構安定性理論 115 4.2.2 受損結構的安定性理論 117 4.2.3 蠕變對結構安定/棘輪效應的影響 119 4.3 壓力容器安定及棘輪極限載荷分析 119 4.3.1 壓力容器的安定極限載荷分析方法 120 4.3.2 壓力容器的棘輪極限載荷分析方法 122 4.4 壓力容器安定與棘輪設計的彈性路線方法 125 4.4.1 基於ASME Ⅲ標準的安定/棘輪彈性分析法 126 4.4.2 基於RCC-MRx規範的安定/棘輪彈性分析法 130 4.4.3 基於R5規程的安定/棘輪彈性分析法 132 4.5 壓力容器安定與棘輪設計的簡化非彈性方法 135 4.5.1 基於ASME Ⅲ-5 HBB標準的簡化非彈性分析法 135 4.5.2 基於ASME Ⅲ N-861標準的理想彈塑性分析法 140 4.6 壓力容器安定與棘輪設計的非彈性方法 141 4.6.1 基於ASME Ⅲ-5 HBB標準的非彈性分析法 141 4.6.2 基於RCC-MRx規範的非彈性分析法 141 4.7 壓力容器安定與棘輪設計案例 142 4.7.1 ASME Ⅲ-5 HBB標準中彈性分析方法 143 4.7.2 RCC-MRx規範中彈性分析方法 144 參考文獻 145 本章主要符號說明 150 第5章 壓力容器的蠕變-疲勞耦合損傷及強度設計 151 5.1 蠕變-疲勞耦合損傷現象與基本概念 151 5.2 蠕變-疲勞耦合下的實驗研究 153 5.2.1 基於光滑試樣的蠕變-疲勞耦合實驗 153 5.2.2 含缺口試樣的蠕變-疲勞交互作用實驗研究 156 5.3 蠕變-疲勞耦合下的本構理論 158 5.3.1 分離型循環黏塑性本構模型 158 5.3.2 Chaboche統一型循環黏塑性本構模型 159 5.3.3 Ohno-Wang統一型循環黏塑性本構模型 160 5.3.4 損傷耦合統一黏塑性本構模型 161 5.4 蠕變-疲勞耦合作用下的壽命預測 163 5.4.1 壽命-時間分數模型 163 5.4.2 頻率修正模型及其改進形式 163 5.4.3 應變範圍劃分模型 164 5.4.4 臨界距離理論模型 165 5.4.5 考慮循環軟硬化與鬆弛效應的壽命預測模型 166 5.4.6 基於應變能密度耗散的壽命預測模型 167 5.5 基於ASME標準的壓力容器蠕變-疲勞強度設計 168 5.5.1 基於彈性路線的蠕變-疲勞強度分析 168 5.5.2 基於非彈性路線的蠕變-疲勞強度分析 174 5.6 基於RCC-MRx規範的蠕變-疲勞強度設計 175 5.6.1 基於彈性路線的蠕變-疲勞強度分析 175 5.6.2 基於非彈性路線的蠕變-疲勞強度分析 177 5.7 基於R5規程的壓力容器蠕變-疲勞強度設計 178 5.8 壓力容器蠕變-疲勞分析案例 182 參考文獻 185 本章主要符號說明 187 第6章 壓力容器的屈曲及蠕變屈曲設計 190 6.1 壓力容器的屈曲現象 190 6.1.1 瞬態屈曲及基本概念 190 6.1.2 蠕變屈曲現象 192 6.2 屈曲理論及相關基礎研究進展 193 6.3 壓力容器屈曲設計的原理與判據 197 6.4 壓力容器瞬態屈曲設計的基本技術路線及相關規範簡介 197 6.4.1 壓力容器瞬態屈曲設計的基本技術路線 197 6.4.2 壓力容器瞬態屈曲設計的規範簡介 198 6.5 壓力容器瞬態屈曲的彈性分析方法 199 6.5.1 基於ASME Ⅲ-NB標準的彈性分析方法 200 6.5.2 基於ASME Ⅲ N284標準的彈性分析方法 203 6.5.3 基於ASME Ⅲ N759標準的彈性分析方法 208 6.5.4 基於RCC-MRx規範的彈性分析方法 211 6.6 壓力容器瞬態屈曲的非彈性分析方法 213 6.6.1 基於ASME Ⅲ-NH標準的非彈性分析方法 213 6.6.2 其他規範提供的非彈性分析方法 215 6.7 高溫壓力容器蠕變屈曲設計的基本路線及相關標準簡介 215 6.7.1 壓力容器蠕變屈曲設計的基本路線 215 6.7.2 壓力容器蠕變屈曲設計的相關標準簡介 216 6.8 高溫壓力容器的蠕變屈曲設計方法 217 6.8.1 基於規範的蠕變屈曲非線性設計方法 217 6.8.2 壓力容器蠕變屈曲的簡化分析方法 218 6.8.3 壓力容器蠕變屈曲設計的線算圖法 220 6.9 壓力容器屈曲與蠕變屈曲分析案例 224 6.9.1 受壓圓筒的屈曲分析 224 6.9.2 受壓圓筒的蠕變屈曲分析 228 參考文獻 231 本章主要符號說明 234 第7章 高溫緊固件的應力鬆弛及設計方法 237 7.1 高溫緊固件的應力鬆弛及失效 237 7.1.1 高溫緊固件的應力鬆弛現象 237 7.1.2 高溫緊固件的失效 239 7.2 高溫緊固件應力鬆弛的基本理論 239 7.2.1 應力鬆弛的基本特徵 239 7.2.2 應力鬆弛性能的表徵參量 240 7.2.3 應力鬆弛的理論方程 241 7.3 結構應力鬆弛行為的影響因素 242 7.3.1 應力鬆弛行為的材料依賴性 242 7.3.2 環境與服役條件對應力鬆弛的影響 243 7.3.3 系統因素對應力鬆弛行為的影響 246 7.4 應力鬆弛與蠕變方程的轉換 248 7.4.1 從應力鬆弛到蠕變的轉換 248 7.4.2 從蠕變到應力鬆弛的轉換 249 7.5 高溫緊固件應力鬆弛行為的有限元分析 249 7.6 壓力容器緊固件的應力鬆弛和強度設計 250 7.6.1 高溫螺栓應力鬆弛設計標準簡介 250 7.6.2 基於ASME標準的螺栓應力鬆弛設計方法 252 7.6.3 基於RCC-MRx規範的螺栓應力鬆弛與強度設計 259 參考文獻 265 本章主要符號說明 269 第8章 基於斷裂理論的高溫壓力容器強度分析與安全評價 271 8.1 裂紋發現及結構強度設計理念的演變 271 8.1.1裂紋發現及斷裂理論的發展 271 8.1.2 結構強度設計理念的演化 273 8.2 裂紋擴展的控制參量及斷裂模型 275 8.2.1 疲勞斷裂參量及模型 276 8.2.2 蠕變斷裂參量及模型 279 8.2.3 多裂紋耦合及斷裂參量修正 284 8.2.4 蠕變斷裂的拘束效應 288 8.2.5 蠕變-疲勞交互作用下的斷裂參量及模型 291 8.3 蠕變-疲勞交互作用下的壽命預測模型 294 8.4 環境對裂紋擴展的影響 297 8.5 高溫壓力容器裂紋的擴展分析與剩餘壽命評價 299 8.5.1 工程檢出裂紋的規則化 299 8.5.2 基於RCC-MRx規範A16附錄的高溫裂紋擴展分析 303 8.5.3 基於R5規程的高溫裂紋擴展分析及壽命評價 307 8.5.4 基於ASME標準的疲勞裂紋擴展分析及壽命評價 312 8.6 壓力容器中裂紋分析及評價案例 313 參考文獻 314 本章主要符號說明 319 第9章 核壓力容器的輻照效應及耦合損傷分析 322 9.1 核壓力容器中