某圆筒的内径D=2r=1500±30;壁厚t=5±0.6;筒内承受的工作压力p=588MPa±118MPa;材料的屈服极限均值为Rs=1470MPa,标准差为RRs=147MPa;材料的断裂韧性均值为KIC=93MPam;标准差为RKIC=18.6MPam.该容器经无损探伤发现有一沿轴向的表面裂纹a=3±0.5;2c=10±0.5。我们假设以上参数均为正态分布,并从可靠性设计的角度对此容器的设计进行评定。
计算工作应力R薄壁圆筒容器的周向应力R为:R=pD/2t其均值R和标准差RR分别为:R=12p(Dt),R=12<(Dt)2R2p+p2R2(Dt)>12,其中R(Dt)=1t2 求断裂临界应力Rc根据应力强度因子手册知,表面半椭圆裂纹应力强度因子的表达式为:KI=1.95RaQ,式中Q=52-0.2/2(Rs)2,5=∫P20(a2c2cos25+sin25)12d5.为第二类椭圆积分,其值根据(a/c)查数学手册可得,再由5和(R/Rs)值算得Q值。令KI=KIC,解得:Rc=Q1.95KICa。因此Rc=Q1.95KICa,RRc=Q1.951(a)2<(a)2R2KIC+KICR2a>12,其中Ra=工艺来实现。例如当材料的屈服极限Rs均值从1470MPa降至1176MPa时,RRs=107.8MPa,而其断裂韧性KIC的均值却从93MPam上升到124MPam,RKIC=18.6MPam.按上述步骤,先计算断裂临界应力,得Rc=1445MPa,RRc=220.6MPa,再计算两种失效模式的失效概率,对屈服失效模式Zs=-2.2989,Ps=1.08%;对断裂失效模式Zf=-2.4360,Pf=0.74%.由于两种失效概率比较接近,从可靠性设计角度看比调整前更好。