毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.1选题背景被

压力容器广泛应用于化工、石油、冶金、医药等领域，在工业生产中起着不可替代的作用。而用于压力容器制造的金属材料也多种多样，随着现代科技的迅速发展，人们对材料的使用也不仅仅局限于传统的金属材料，由于实际生产的需求导致了很多新型材料的出现。据悉，钛制材料是现在各个领域用的最多的各向异性金属材料，钛被誉为未来的金属，其具有耐蚀性、耐热性、重量轻、强度高等优点，从目前的钛材消费结构来看，化工行业仍是中国钛加工材第一大户，占比50%以上。而国内航空用钛材的比例不足10% ^[1]。但钛材在轧制过程中会出现织构现象，导致宏观上出现各向异性。各向异性是指其中每一点都存在三个相互垂直的弹性对称面，从而形成三个材料主方向。一般来说，材料的各向异性体现在很多方面，包括弹性模量、材料强度、热膨胀系数、热导率以及电阻率等；而从材料的力学能角度来说，各向异性则主要体现在弹性模量和材料强度两个方面。

1.2选题意义

当前的形势是，压力容器不断向高承载、轻型化、高安全性的方向发展。但压力容器设计中仍然将钛材当成各向同性材料来处理，钛材的弹性模量和屈服强度在标准ASME 2013^[2]和JB/T 4745-2002《钛制焊接容器》^[3]中是和方向无关的，是按照各向同性材料进行处理的，虽然这样做便于工程应用，但是有一定的误差。目前正交各向异性材料金属压力容器的应力分析、强度评定等研究还较少，这会给压力容器设计带来两方面差异：一是正交各向异性材料的本构关系与各向同性不同；二是正交各向异性屈服材料准则与各向同性不同。因此，这种设计方法存在误差与风险，应从各向同性与各向异性差异着手，计算两种情况下的应力应变解，并在有限元软件ANSYS在弹性范围内对典型承压结构进行模拟分析，从应力角度对简化为各向同性与实际各向异性二种设计方法进行对比分析，讨论材料各向异性对压力容器应力强度的影响，为各向异性压力容器设计提供依据与建议。

此外，钛属于稀有金属，储量有限，目前市场上钛材价格在数万元/吨左右，远超数千元/吨的碳钢。按照各向异性设计钛制压力容器，可以更好地挖掘材料潜能，节约材料，发挥更大的经济效益。因此，此项研究具有重要意义。

1.3正交各向异性压力容器的研究与发展状况

此次的毕业设计是关于正交各向异性钛制压力容器的设计，主要的研究任务是对在内压作用下薄、厚壁圆筒的应力分析。在各项同性材料的杆、板、壳结构中，有些经常被忽略的次要应力与应变分量，对于各向异性显著的同类结构则有可能起重要作用^[4]。本文将对近年来与本课题相关的国内外文献进行介绍，以便了解最新的课题发展情况，为各向异性压力容器的设计提供理论依据与有效建议。

1.3.1正交各向异性压力容器的相关理论及其发展

钛板是各向异性较明显的板材之一, 因此了解它们的力学性能在板面内的各向异性情况, 对合理使用和制定成型工艺是非常有意义的。何全波^[5]（1985）在单轴拉伸试验数据的基础上, 采用谐量分析法, 为把板材的各向异性情况同其几个主要力学性能对应起来，直接用力学性能指标来表述板材与轧向夹角间的关系，给出了1.0毫米厚TC4板和0.7毫米厚Ti230板力学性能的各向异性表达式。比较了各向异性分布规律两种不同表达式的优缺点。