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压力边界拓展对高压气瓶内表裂纹应力强度因子的影响

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摘要

应力强度因子(K)是对加氢站高压储氢气瓶进行破前漏分析和安全评定的重要参量,而BS7910和GB/T19624等标准中的计算公式均未考虑压力边界拓展的影响.鉴于采用通用有限元软件分析存在收敛性等问题,本文基于专业的3D断裂力学分析软件ZENCRACK,研究了不同设计压力、壁厚(B)、以及裂纹类型、前缘形状(a/c)、深度(a)、角度(θ)等条件下压力边界拓展对K的影响,结果显示:K随着设计压力、B和a/B的增大,以及a/c的减小而明显增大;在相同条件下,环向裂纹较轴向裂纹的K明显减小;a/c较小时,随θ的增加轴向裂纹的K不断增大,环向裂纹的先减小后增大,a/c较大时,K均随θ的增加而减小;设计压力为20MPa、45MPa和90MPa的高压储氢气瓶,考虑压力边界拓展时,裂纹面上施加50％设计压力的轴向裂纹K的增幅分别为0％～5％、5％～10％和10％～20％,环向裂纹的分别为0％～10％、10％～20％和20％～50％,裂纹面上施加100％设计压力的K增幅约为上述范围的2倍.本研究可为高压储氢气瓶安全保障技术研究提供参考.

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