Kriterien für das Versagen von Druckbehältern

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Die gängigen Kriterien für das Versagen von Druckbehältern sind im Wesentlichen vier: ① Elastisches Versagenskriterium: Dabei wird angenommen, dass der Behälter dann versagt, wenn das Metall an der Innenwand des Behälters den tatsächlichen Versagungspunkt des Materials erreicht – das bedeutet, es kommt zu einer plastischen Deformation, und der Behälter verliert seinen rein elastischen Zustand. Dieses Kriterium beschränkt die Betriebsbedingungen des Behälters auf den rein elastischen Zustand. Es wird angenommen, dass eine plastische Deformation dazu führt, dass sich die Eigenschaften des Metalls ändern, was wiederum Korrosion begünstigt. Deshalb soll der Spannungspegel unter dem Versagungslimit gehalten werden, um eine plastische Deformation zu verhindern. ② Kriterium für plastisches Versagen: Es wird angenommen, dass, nachdem das Material der Innenoberfläche des Behälters plastisch verformt wurde, diese Verformung aufgrund der Beschränkungen durch das äußere elastische Material in engen Grenzen bleibt. Dadurch erreicht der Behälter keinen gefährlichen Zustand. Nur dann, wenn die plastische Deformation von der Innenwand auf die Außenwand übergeht, kommt es zu einer erheblichen Erweiterung des Volumens des Behälters sowie zu Instabilitäten. Erst in diesem Fall wird die Tragfähigkeitsgrenze erreicht ； Diese Richtlinie betrachtet den vollständigen Durchbiegung des Behälterwandes als Anzeichen für das Versagen des Behälters. ③ Elastoplastisches Versagenskriterium: Dieses Kriterium gilt für Fälle wiederholter Belastung. Es wird angenommen, dass die Spannungen in verschiedenen Bereichen des Behälters unterschiedlichen Einfluss auf dessen Zerstörung haben. Wenn beispielsweise die Spannungen an den Wänden des Behälters weit unter der Versagungsgrenze des Materials liegen, können in den Bereichen, in denen der Zylinder mit dem Deckel oder mit Anschlüssen verbunden ist, bereits plastische Verformungen auftreten. Da diese Bereiche jedoch von elastischen Bereichen umgeben sind, führen lokale plastische Verformungen unter wiederholter Belastung nicht unbedingt zur Zerstörung des Behälters. Erst wenn die Grenze der „Stabilität“ überschritten wird, setzt ein Prozess der Schadensansammlung ein, doch es kommt nicht sofort zu einer Zerstörung. ④ Kriterium für das Versagen durch Sprengung: Bei ideal plastischen Materialien setzt bei der Gesamtversagung des Behälters die plastische Verformung fort, selbst wenn der Druck nicht weiter ansteigt. Dadurch wird die Wandstärke immer dünner, was letztendlich zum Zerbrechen des Behälters führt. Die Theorie des Versagens durch Explosion besagt, dass das Material nicht ideal plastisch ist. Aufgrund der Dehnungsverhärtung wird der Behälter nicht zerstört, solange der Druck nicht weiter ansteigt. Erst wenn der Druck ein bestimmtes Niveau erreicht, bricht der Behälter und versagt. Im Entwurf wird für den Sprengdruck ein Sicherheitsfaktor auf der Grundlage des Betriebsdrucks berücksichtigt ； Diese Richtlinie wird im Allgemeinen bei der Konstruktion von Hochdruckbehältern angewandt. Bei der herkömmlichen Konstruktion von Druckbehältern werden elastische Versagenskriterien verwendet, während bei der analytischen Konstruktion plastische sowie elasto-plastische Versagenskriterien angewandt werden.