不锈钢弯管基于疲劳强度的最佳超应变分析

  若设备主要是疲劳破坏，则应该从疲劳强度入手分析最佳超应变，由有限元法可计算出不锈钢弯管内侧内壁和外壁在内压作用下的相当应力幅（0品）c和（oa)b,以及相当平均应力（0dm)c和（0m)b.由于自增强所形成的残余应力只对相当平均应力有影响，则考虑残余应力后的相当平均应力为：

  对于内压设备，由于应力是多轴的，且平均应力不为0,故对疲劳强度起决定作用的是等效相当应力幅，其中σa完全取决于操作内压的波动范围，odm由工作压力的平均应力和自增强处理后的残余应力决定。

  考虑到设备由于开停工等实际工况，取不锈钢弯管设备承受的最大内压为Pmax=300 MPa,最小内压为0.根据弹塑性有限元法求得的C点和D点的Von Mises 等效应力可以求出总的相当应力幅oda,和总的相当平均应力dm=am+odm,以C、D两点在内压作用下的相当应力幅代替（3-6)式中的Oda,以（3-4)式中的相当平均应力代替（3-6)式中的cm,则可以分别求得C、D两点的等效相当应力幅，详细地计算过程见表3-7。由疲劳强度理论可知，等效相当应力幅越低疲劳寿命越长。因残余应力在C点为压应力，在D点为拉应力，所以自增强处理会使C点等效相当应力幅下降，D点等效相当应力幅上升。理想状态是使二者相等，若不能相等，则应使它们的差值最低。表3-7中σeada的曲线关系见图3-9所示。

  由此可见自增强对疲劳强度的影响是通过改变平均应力从而改变等效相当应力幅的，尽管自增强对疲劳强度的影响从表观上讲没有对静强度的影响那么明显，但仍然可以大幅度提高其疲劳寿命。

 由表3-7的计算结果可知，随着自增强载荷pa的提高，（oegda)c下降，在p.≤700MPa时下降的速度较快，幅度较大；在p.>700MPa后下降的速度变慢，当pa=800MPa时，（oegda)c下降到最低的 247 MPa.由此，根据最佳超应变选择原则，理想自增强压力pa的范围为 700~800.MPa.结合弹塑性分析的结果，自增强压力不应该超过该弯管的极限内压，故可以确定理论上最佳的自增强压力pa的值为786MPa,考虑到安全因素，pa值取700~750 MPa为宜。

同样，上面的分析也没有考虑残余应力的松弛，下面继续分析残余应力有50%松弛的情况下基于疲劳强度的最佳超应变压力。其计算方法同上，详细地计算过程见表3-8。

从计算结果可以看出，在考虑残余应力的松弛时，C点的等效相当应力幅的降低程度明显小于不考虑残余应力松弛的情况。但两种情况的最佳超应变内压均由材料的强度极限确定，所以，考虑到处理的安全性，在工程上确定以疲劳失效为主的最佳超应变内压时，应该有足够的安全储备。