可靠性方法在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及探討

孫愛(ài)玉

摘 要：近幾年，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平在不斷提高，我國(guó)的科技水平也在一直提高，對(duì)壓力容器的強(qiáng)度要求及其載荷的測(cè)試水平也在不斷提高。根據(jù)在實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)試得到的數(shù)據(jù)分析，壓力容器的強(qiáng)度與幾何尺寸都受到多種因素的影響。所以將可靠性方法引入到壓力容器的設(shè)計(jì)中十分有必要。本文對(duì)可靠性方法在壓力容器設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用做出了描述和探討。

關(guān)鍵詞：可靠性方法；壓力容器設(shè)計(jì)；應(yīng)用；探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.028

0 前言

我們平時(shí)一提起“可靠性”往往會(huì)聯(lián)想到比如“堅(jiān)固牢靠”、“經(jīng)久耐用”等詞語(yǔ)，這些詞語(yǔ)都反映了可靠性的重要性。壓力容器的應(yīng)用十分廣泛，例如，石油化工設(shè)備、國(guó)防軍工裝備、核動(dòng)力設(shè)施等等，這些應(yīng)用都與國(guó)家利益與社會(huì)利益有著緊密的聯(lián)系，因此，壓力容器可靠性的研究十分重要，不僅是設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的保障，更能保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)健康的發(fā)展。

1 什么是可靠性

可靠性是指一件產(chǎn)品，在用戶使用的過(guò)程中，在一定時(shí)間內(nèi)以及環(huán)境允許工作的情況下，滿足用戶的需求，發(fā)揮其最大功能，并且產(chǎn)品在工作過(guò)程中沒(méi)有故障。因此，產(chǎn)品的可靠性與諸多因素有關(guān)，例如濕度、溫度、壓強(qiáng)等環(huán)境因素，并且與用戶對(duì)產(chǎn)品功能的需求、使用時(shí)間等其它因素息息相關(guān)。所以對(duì)可靠性也可以這樣作出解釋：產(chǎn)品在一定時(shí)間內(nèi)和一定條件下為用戶提供用戶需求的產(chǎn)品規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品可以是正在研究開(kāi)發(fā)或者已經(jīng)投產(chǎn)銷售的設(shè)備或系統(tǒng)；條件包含貯存、運(yùn)輸、使用、維護(hù)等外部環(huán)境要求，也包括對(duì)用戶使用規(guī)范化操作的技術(shù)要求；時(shí)間的定義比較廣泛，不僅是具體的使用時(shí)間，還可以是車輛行駛里程，軸承旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)等等；功能即產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。

2 壓力容器設(shè)計(jì)中可靠性方法的應(yīng)用

對(duì)于壓力容器的制造來(lái)說(shuō)，企業(yè)應(yīng)該在研究設(shè)計(jì)壓力容器上下更大的功夫，將可靠性方法應(yīng)用到壓力容器的設(shè)計(jì)上，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)保證壓力容器能夠具有可靠性。

2.1 一些可靠性方法的應(yīng)用

（1）可靠性數(shù)學(xué)的應(yīng)用?？煽啃詳?shù)學(xué)是應(yīng)用數(shù)學(xué)其中的一個(gè)重要分支，將各種可靠性問(wèn)題建立成數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)以及概率學(xué)的方法和理論對(duì)其進(jìn)行研究并解決，在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，壓力容器故障的研究及其規(guī)律的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)壓力容器的各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)估，為壓力容器的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

（2）可靠性物理的應(yīng)用。 可靠性物理應(yīng)用在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)壓力容器發(fā)生故障做出分析，研究其發(fā)生原理并進(jìn)行檢測(cè)，建立起壓力容器的物理模型，對(duì)其失效模式做出進(jìn)一步研究，并提出出糾正措施，使壓力容器的在設(shè)計(jì)時(shí)避開(kāi)可能造成失效的原因，使其在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上更加合理，提高壓力容器的可靠性。

（3）可靠性工程的應(yīng)用?？煽啃怨こ虘?yīng)用到壓力容器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以對(duì)壓力容器失效現(xiàn)象做出研究，分析其發(fā)生的概率，對(duì)失效現(xiàn)象作出預(yù)測(cè)，并對(duì)設(shè)計(jì)出的模型進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)改變?cè)囼?yàn)參數(shù)，控制失效現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行管理，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審，使最終確定的方案更加合理、可靠[2]。

2.2 具體的應(yīng)用描述

（1）在壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以對(duì)其中的參數(shù)部分或者全部隨機(jī)進(jìn)行隨機(jī)變量處理，將可能遇到的各種因素全部考慮進(jìn)去，并進(jìn)行參數(shù)化處理，對(duì)其進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，在設(shè)計(jì)時(shí)使用概率方法，對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的壓力容器進(jìn)行完整的描述，最終獲得接近真實(shí)情況的數(shù)據(jù)。運(yùn)用可靠性方法進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)，就是將壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程用到的變量全部設(shè)為隨機(jī)變量，根據(jù)工作環(huán)境及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定其特征和概率，再根據(jù)壓力容器重要性設(shè)計(jì)出可靠度最高的設(shè)計(jì)方案。

（2）進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)出來(lái)的方案都有可能失效，在零部件或設(shè)備上施加的一些物理?xiàng)l件，例如，熱載荷、機(jī)械載荷等條件，這些可能造成設(shè)計(jì)不成功的原因被稱為應(yīng)力，在零部件或設(shè)備上存在的對(duì)抗這些因素的能力被稱為抗力，當(dāng)抗力大于應(yīng)力時(shí)，所設(shè)計(jì)出來(lái)的壓力容器相對(duì)可靠，反之則容易失效。

（3）設(shè)計(jì)制定一定的可以衡量設(shè)計(jì)壓力容器是否可靠的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，這在評(píng)價(jià)壓力容器的設(shè)計(jì)是否可靠十分有必要，所制定的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)既作為形容壓力容器可靠性的參數(shù)，也是作為定量化的尺度對(duì)可靠性做出衡量。

（4）在實(shí)踐中可以看出，壓力容器可靠性的標(biāo)準(zhǔn)不是單一的，由許多性能標(biāo)準(zhǔn)共同表示。壓力容器從開(kāi)始工作到失效的時(shí)間，壓力容器能夠完成標(biāo)準(zhǔn)性能的概率，壓力容器某一瞬時(shí)發(fā)生故障的概率等等，都是壓力容器的性能指標(biāo)，根據(jù)具體的需求，選擇具有代表性的指標(biāo)來(lái)表示壓力容器的可靠性是比較準(zhǔn)確的[3]。

3 在壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中影響可靠性的不穩(wěn)定因素

運(yùn)用可靠性方法設(shè)計(jì)壓力容器不僅可以節(jié)約原料，更能量化的反映壓力容器設(shè)計(jì)方案失效的概率，也就是壓力容器的可靠程度。在對(duì)可靠度進(jìn)行計(jì)算和分析時(shí)，多數(shù)時(shí)候都會(huì)認(rèn)為所用設(shè)計(jì)變量是隨機(jī)變量，而且這種隨機(jī)變量的分布是正態(tài)分布，對(duì)具有正態(tài)分布的強(qiáng)度與應(yīng)力的隨機(jī)變量進(jìn)行分析比較簡(jiǎn)單。在壓力容器設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，影響產(chǎn)品強(qiáng)度的原因較多，原料本身的物理化學(xué)性質(zhì)，加工工藝，試驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)方法，選取的部位等等，但也正是如此，才使得強(qiáng)度具有統(tǒng)計(jì)性。通過(guò)大量的試驗(yàn)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)顯示，壓力容器的強(qiáng)度描述可以用正態(tài)分布。因此，在應(yīng)力的分布呈對(duì)數(shù)正太分布時(shí)，就不能按照應(yīng)力分布是正態(tài)分布的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則將不能保證設(shè)計(jì)的可靠性。最后還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)遇到的具體問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的分析，切、切忌以偏概全。

4 結(jié)語(yǔ)

壓力容器的設(shè)計(jì)工作是較為系統(tǒng)的且非常復(fù)雜的，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中使用可靠性設(shè)計(jì)方法是很有必要的，不僅能夠使壓力容器設(shè)計(jì)的可靠性得到保證，還能使壓力容器最終在使用時(shí)的可靠性得到提高，并且在保證壓力容器質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)利潤(rùn)。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)可靠性方法不斷進(jìn)行研究與完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]于洪峰，劉寶晶.可靠性方法在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?015（05）：251.

[2]陸江麗.可靠性方法在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].西北大學(xué)，2007.

[3]黃心明.壓力容器設(shè)計(jì)中可靠性方法的應(yīng)用探討[J].廣東科技，2014（10）：186+188.