壓力容器設(shè)計(jì)方法對(duì)比與應(yīng)力分類

王翔

山東益源環(huán)?？萍加邢薰?山東棗莊 277800

1 壓力容器設(shè)計(jì)方法

1.1 可靠性方法

壓力容器設(shè)計(jì)中可靠性分析技術(shù)的引入得益于測(cè)試數(shù)據(jù)的積累和測(cè)試水平的提高。根據(jù)目前的觀點(diǎn)，無(wú)論強(qiáng)度、工作環(huán)境和幾何尺寸如何，壓力容器的指數(shù)參數(shù)都是基于隨機(jī)變量，這些因素對(duì)壓力容器的實(shí)際壽命有很大影響。今天，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)在安全系數(shù)方面進(jìn)行了分析。由于壓力容器的類型和工作環(huán)境趨于多樣化，因此通過(guò)匯總實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不可能滿足壓力容器安全分析的要求。另外，由于不同操作條件和生產(chǎn)水平的影響，壓力容器的安全系數(shù)不能均勻調(diào)整。為此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種用于設(shè)計(jì)壓力容器的方法并且已經(jīng)逐漸改進(jìn)[1]。

在可靠性設(shè)計(jì)中，例如傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)力和強(qiáng)度被認(rèn)為是常數(shù)值，但通常將它們的標(biāo)稱值用于設(shè)計(jì)計(jì)算。溫度，濕度，腐蝕和顆粒輻射等因素都會(huì)影響使用的壓力。另一方面，由于在諸如熔煉，鍛造，焊接，熱處理等加工時(shí)的加工精度的差異，材料和構(gòu)件的強(qiáng)度離散地變化。通過(guò)在設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果中應(yīng)用安全系數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)考慮上述變化，在可靠性設(shè)計(jì)中，應(yīng)力和強(qiáng)度參數(shù)用作隨機(jī)變量，測(cè)試數(shù)據(jù)和工作環(huán)境相應(yīng)地確定分布特征。

1.2 設(shè)計(jì)方面的準(zhǔn)則

（1）設(shè)計(jì)單位必須突出更好的指導(dǎo)和操作經(jīng)驗(yàn)，建立健全的質(zhì)量保證體系，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)中實(shí)施；（2）壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程與生產(chǎn)有關(guān)。由于使用的原材料相對(duì)簡(jiǎn)單，只有這樣，產(chǎn)品在操作過(guò)程中才能具有相應(yīng)的壓力性能。（3）它會(huì)導(dǎo)致腐蝕并且毒性很大，導(dǎo)致非常糟糕的結(jié)果。（4）使用壓力容器時(shí)，必須保證使用壽命，但由于化學(xué)材料具有高腐蝕性，因此請(qǐng)考慮設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人。采用哪種方法保證壓力容器本身的使用壽命，從而降低制造成本。（5）壓力容器具有制造更容易，操作更方便的特點(diǎn)它沒(méi)有。壓力容器的設(shè)計(jì)需要確保其非常簡(jiǎn)單且易于制造，此外，壓力容器應(yīng)滿足各種特殊要求。

1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

概率設(shè)計(jì)中的參數(shù)主要有輸入和輸出兩個(gè)方面，概率設(shè)計(jì)與確定性設(shè)計(jì)的區(qū)別在于隨機(jī)因素的處理及其對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。隨機(jī)變量，用于檢查輸入?yún)?shù)對(duì)輸出的影響。后者直接使用輸入?yún)?shù)作為固定數(shù)量，并使用經(jīng)驗(yàn)確定的安全系數(shù)分析隨機(jī)系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響[2]。在隨機(jī)設(shè)計(jì)模型中，一個(gè)或多個(gè)輸入?yún)?shù)可以用作隨機(jī)變量，并且隨機(jī)變量可以是獨(dú)立的或彼此相關(guān)的。不同的隨機(jī)變量也會(huì)影響輸出，但只要給出輸入變量的分布，計(jì)算的輸出就可以認(rèn)為是可靠的。另一方面，確定性設(shè)計(jì)方法處理各種不確定性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、安全系數(shù)進(jìn)行描述。

2 應(yīng)力的各種分類

2.1 一次應(yīng)力

在外部載荷的影響下容器元件中產(chǎn)生的正應(yīng)力或剪切應(yīng)力?；蛘撸胶馔獠繖C(jī)械負(fù)載所需的應(yīng)力。首先，滿足靜態(tài)平衡條件，即載荷增加，應(yīng)力相應(yīng)增加，應(yīng)變也增加；第二個(gè)是非線性特征，應(yīng)力沿壁厚度均勻分布于。同時(shí)，一次應(yīng)力主要包括以下主要類別：總膜應(yīng)力是影響平衡壓力整體結(jié)構(gòu)的膜應(yīng)力之一。分布荷載引起的局部膜應(yīng)力，在這種應(yīng)力的情況下，水平是一個(gè)或多個(gè)總膜應(yīng)力，但它只影響子結(jié)構(gòu)中的一次膜應(yīng)力。例如，在殼體顏色的固定支撐或接管位置的情況下，膜應(yīng)力由外部載荷和力矩引起。第三，一次彎曲應(yīng)力：該應(yīng)力是平衡壓力所需的彎曲應(yīng)力或需要為線性分布的剩余機(jī)械厚度。例如，在平蓋中，由壓力引起的彎曲應(yīng)力。

2.2 二次應(yīng)力

在容器內(nèi)，可以獲得正?；蚣羟袘?yīng)力，因?yàn)樗蓄愋偷牟考际芗s束或相鄰的部件受到約束。或者它與變形和調(diào)整所需的應(yīng)力相匹配。首先，它與變形和調(diào)整給出的約束條件一致；其次，它具有一定程度的自限性，即在局部屈服和較小的塑性和變形之后，它與約束條件相結(jié)合可以次要應(yīng)力公差應(yīng)基于“穩(wěn)定”的概念，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)處于“穩(wěn)定”狀態(tài)，除非重復(fù)載荷，否則不會(huì)損壞。結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的熱應(yīng)力和彎曲應(yīng)力等局限性。

2.3 峰值應(yīng)力

由于結(jié)構(gòu)不夠連續(xù)，因此將其添加到初級(jí)和次級(jí)應(yīng)力的總應(yīng)力增量中。通常它們同時(shí)是自限性和局部化的并且不會(huì)整體變形，但它們通常是疲勞和脆性破壞的根本原因。在疲勞設(shè)計(jì)中，需要限制峰值應(yīng)力。

3 兩類設(shè)計(jì)所具有的優(yōu)點(diǎn)及缺陷

許多國(guó)家仍然使用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)壓力容器，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法非常簡(jiǎn)單并且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)非常充足。然而，這種類型的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)也具有相應(yīng)的缺點(diǎn)，即在部分應(yīng)力達(dá)到原料的屈服極限之后，它沒(méi)有區(qū)分膜應(yīng)力和殘余應(yīng)力對(duì)容器強(qiáng)度的影響。在容器的大多數(shù)區(qū)域中，應(yīng)力仍小于該值并處于彈性狀態(tài)。因此，即使部分區(qū)域彎曲，由于周圍的彈性區(qū)域限制了變形量，也不能增加變形量，并且還防止了應(yīng)力的增加，從而不會(huì)發(fā)生彎曲。整個(gè)容器不會(huì)失敗。此外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于更苛刻的操作條件具有顯著的限制[3]。應(yīng)力分析設(shè)計(jì)使用塑性破壞標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定載荷，極限載荷壽命等作為極限。這允許該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生可控的部分塑性區(qū)域并且還限制峰值應(yīng)力位置的壽命設(shè)計(jì)。根據(jù)指南，可以更好地處理傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的缺陷，并且可以科學(xué)地減少對(duì)計(jì)算應(yīng)力的嚴(yán)重限制。

4 結(jié)語(yǔ)

換句話說(shuō)，壓力容器在很大程度上提高中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平，所以，設(shè)計(jì)相關(guān)人員在對(duì)壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵守國(guó)家頒布的設(shè)計(jì)規(guī)定和各種法律。壓力容器具有更好的安全性和可靠性，通過(guò)不斷提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技能，壓力容器可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行。