[논문자료]유한요소법에 의한 압력용기 피로해석

출처: 픽사베이

유한요소법에 의한 압력용기 피로해석

 

압력용기가 용기내부의 고온, 고압의 유체나 가스에 의한 반복하중(Cyclic Load)을 받는 경우 부재 내부응력의 변화가 허용범위를 초과하는지에 대한 평가가 매우 중요하다. 이러한 경우 구조물의 신뢰성 및 안전성 확보를 위해서 재료선택, 설계 및 제작단계에서 부터 높은 기술수준이 요구된다. 특히 압력용기의 피로파괴는 전 수명기간 동안에 작용하는 반복회수가 수백만번 이상의 고속회전의 기계류나 항공기와는 달리 수천번에서 수십만번을 넘지않는 경우에도 발생한다. 즉 반복회수는 적지만 교번응력이 큰 상태의 피로현상으로 소성변형을 일으키지 않는 저 싸이클 피로로써 교번소성이라 하며 항복 변형도를 초과한 큰 변형이 발생할 수 있다. 따라서 피로해석과 관련한 미국기계학회 압력용기 설계 시방서(ASME Code)를 기반으로 하여 온도 또는 압력이 주기적으로 변화되는, 그리하여 반복하중하에서 운전되는 압력용기류의 지지대와 경판, 노즐과 경판 접속부와 같은 임계부위에 대한 구조적 건전성 평가를 위해 기본적인 이론, 피로해석 판정과 피로평가 절차를 기술하고자 한다. 이러한 목적을 위해서 유한요소법을 기본으로 하는 범용구조해석 프로그램인 NISAⅡ를 사용하였고 전반적인 설계, 시공시방은 ASME Code를 기준으로 하였다.

 

Most of pressure vessels in the chemical plants are designed in accordance with the ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section Ⅷ, Division 1. However, additional design conditions are often considered for the vessels particularly under the highly cyclic loads of the operations and services which require superior reliability and structural integrity. Accordingly, in case of many pressure vessels operated at high levels of both pressure and thermal loads, the design against fatigue failure based on the ASME Code Section Ⅷ, Division 2 is a major engineering concern. Unlike other machinery, the number of stress cycles applied during the specified life in the pressure vessel seldom exceeds 105 and is frequently only a few thousand. In this study, an explanation of the strength theories, the stress categories as well as the stress limits based on the stress analysis in accordance with the ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section Ⅷ, Division 2, Appendix 4 is provided. Additionally, the procedure of the fatigue evaluation specified on the ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section Ⅷ, Division 2, AD-160 and Appendix 5 is also investigated. The fatigue analysis together with strength analysis for a Dryer under cyclic service for the junction of skirt to head involving nozzle is performed by using Finite Element Method, and the results of the analysis for the Dryer are examined.

 

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0007678179

 

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