查看原文
其他

历时13年,浙大成果纳入新国标!

追求落地的 浙江大学
2024-10-30



圆筒和封头是压力容器重要的基础件。无论是食品领域常见的啤酒发酵罐、能源领域的石油及油品储罐、石化领域的加氢反应器、核电领域的钢制安全壳,还是航天领域的火箭液氢/氧贮箱等高端装备,圆筒和封头都在其中发挥了至关重要的作用。
如何设计圆筒和封头,使其既安全,又能节约材料,是压力容器界持续关注的重要命题。浙江大学能源工程学院郑津洋院士、陈志平教授团队历时13年科研攻关,自主提出轴压圆筒屈曲设计方法、内压椭圆/碟形封头设计方法,在保证安全的情况下,降低制造成本方法纳入近期发布的两项国家标准,为压力容器行业标准化贡献了浙大力量。




01

 攻坚克难,自主研发新方法



圆筒、椭圆/碟形封头应用非常广泛,其设计方法迭代最早可追溯到二十世纪初的美国机械工程师协会(ASME)锅炉压力容器规范。近百年来,中外学者对轴压圆筒、内压椭圆/碟形封头的失效问题持续开展研究,提出了多种设计方法。但这些方法均基于弹性理论或理想弹塑性理论,存在失效预测精度低与设计计算复杂、冗余大等问题。
  过去,我国轴压圆筒、内压椭圆/碟形封头设计长期采用ASME的方法,自主研发周期长、成本高、难度大。  一方面,试验所需的工装需要花费较长的时间进行定制。尤其是针对大尺寸工装的试验,常常需要十分漫长的准备时间。另一方面,压力容器失效试验往往都是一次性的,爆破失效后的试验件无法重复使用。为了确保试验数据真实、有效,每一次试验前都需要作充分细致的准备,稍有差错就可能功亏一篑。郑津洋说:做科研就是要面向国家重大需求,同时与产业界密切配合透过表象持续向下挖掘。为此,哪怕要坐长时间的‘冷板凳’,我们也必须迎难而上。”  针对先前设计方法的不足,团队创新性地采用弹塑性理论,对轴压圆筒屈曲和内压椭圆/碟形封头失效全过程进行了系统深入的理论分析。同时,基于理论研究结果,团队同步开展了100多次工业规模轴压圆筒屈曲和内压椭圆/碟形封头失效全过程破坏性试验。试验装置的最大直径达5000mm,能最大限度地模拟工业生产的实际情况。

“只有将理论与实践相结合,通过深入的理论分析和充分的技术实证,才能确保新方法安全、有效,进而实实在在地解决产业界面临的实际问题。”团队成员、能源工程学院特聘副研究员李克明说。历经13年的理论分析与实践数据反复验证,团队成功探明了轴压圆筒屈曲、内压椭圆/碟形封头屈曲和塑性垮塌的失效机制与规律,提出了区别于传统设计的新方法,结束了我国轴压圆筒屈曲、内压椭圆/碟形封头设计长期采用美国ASME方法的历史。

02 为新标准贡献浙大智慧


国家标准是行业发展、产品升级的重要牵引,在各行各业发挥着“牵一发而动全身”的作用。国家标准的迭代对于提升我国压力容器设计技术水平,保障人民生命财产安全具有重要意义。“我一直跟我们的团队成员强调,追求‘落地’应是我们做工程科学研究的最终目标,对此,我有三个严格的标准:技术成果标准化、科技成果产品化、解决产业发展痛点。而国家标准就是科技成果最终落地的重要标志。”郑津洋说。
  “我们希望能在保证安全的前提下,尽可能做到轻量化,实现安全效益和经济效益的双赢,”团队成员、能源工程学院副研究员焦鹏说,“相比传统设计方法,我们团队提出的基于失效模式的弹塑性设计新方法具备众多优势。”
据介绍,新方法物理意义清晰,使用简便,提供了更高的预测精度,且能够帮助企业在保障安全的前提下降低制造成本。如在内压椭圆/碟形封头的设计中,新方法考虑了材料应变硬化和封头球化增强,在确保安全的前提下可减小封头壁厚,符合安全与资源节约并重的设计理念。

当谈及这一重要成果,郑津洋最先脱口而出的词语是“感谢”“我非常感谢浙大提供的这个平台,非常感谢产业界的众多企业提供的帮助。团队的力量至关重要,许多工程试验研究非常复杂,只有依靠相互协同,将各种资源、要素聚集起来形成合力,才有可能真正破解难题。”
“虽然这是一个传统行业,但还有很多问题亟待解决。坚持问题导向,脚踏实地地找到真问题、解决真问题、真解决问题,用可落地的成果为我们国家乃至人类社会做出更大的贡献,应是我们工科人矢志不渝的努力方向。”郑津洋说。


文字记者:章舒帆部分内容与图片由被访者及能源工程学院提供今日编辑:浙江大学融媒体中心学生记者团  鞠欣呈责任编辑:章舒帆 周亦颖


精彩推荐




国庆想来浙大参观?收藏这条!
陈子元院士,100岁生日快乐!
45位大先生在浙大“主图”等你!


点分享点收藏点在看点点赞
继续滑动看下一个
浙江大学
向上滑动看下一个

您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存