壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法的進(jìn)展和評(píng)述

1、壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法的進(jìn)展和評(píng)述壓力容器的使用范圍非常的廣泛，在此根底上，我們一定更加重 視其 使用的效果。其中，壓力容器應(yīng)力分析是重要的工作，所以，討 論壓力容器 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)工作很有必要。 壓力容器概述1.1. 概念所謂的壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密 閉設(shè)備。貯運(yùn)容器、反響容器、換熱器和別離器均屬壓力容器。1.2. 用途壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化工學(xué)、能源工業(yè)、科研 和軍 工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般 由筒體、封 頭、法蘭、密封元件、開(kāi)孔和接管、支座等六大局部構(gòu)成 容器本體。此外， 還配有平安裝置、表計(jì)及完全不同生產(chǎn)工藝作用的 內(nèi)

2、件。壓力容器由于密封、 承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒 起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安 全及污染環(huán)境的事故。世界各國(guó)均 將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國(guó)家指定的 專門機(jī)構(gòu)，按照國(guó)家規(guī)定的 法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。 分析設(shè) 計(jì)方法在 ASME 老版中分析設(shè)計(jì)方法的全稱是“以應(yīng)力分析方法為根底的 設(shè) 計(jì), 簡(jiǎn)稱“應(yīng)力分析設(shè)計(jì) ,再簡(jiǎn)稱為“分析設(shè)計(jì)。它的特點(diǎn)是2.1. 要求對(duì)壓力容器及其部件進(jìn)行詳細(xì)的彈性應(yīng)力分析?？梢圆?用理 論分析、數(shù)值計(jì)算或試驗(yàn)測(cè)定來(lái)進(jìn)行彈性應(yīng)力分析。2.2. 強(qiáng)度校核時(shí)采用塑性失效準(zhǔn)那么。 包括用極限載荷控制一次應(yīng) 力 , 以 防止整體塑性垮塌失效。用安定載荷控制

3、一次加二次應(yīng)力以及用 疲勞壽命控 制最大總應(yīng)力 , 以防止循環(huán)失效等。2.3. 根據(jù)塑性失效準(zhǔn)那么對(duì)彈性應(yīng)力進(jìn)行分類。2.4. 根據(jù)等平安裕度原那么確定危險(xiǎn)性不同的各類應(yīng)力的許用極限 值。綜合起來(lái)可以說(shuō) , “應(yīng)力分析設(shè)計(jì)是一種以彈性應(yīng)力分析和塑性 失效準(zhǔn)那么為根底的應(yīng)力分類設(shè)計(jì)方法。近年來(lái)被簡(jiǎn)稱為“應(yīng)力分類法。早期 老版中的“分析設(shè)計(jì)只包含這一種方法。隨著先進(jìn)的 力學(xué)分析方法和手 段的不斷成熟 即其有效性和可靠性到達(dá)實(shí)際工程應(yīng)用的水平，ASME新版和歐盟標(biāo)準(zhǔn)都及時(shí)地?cái)U(kuò)充了 “分析設(shè)計(jì)采用的 方法, 同時(shí)對(duì)“分析設(shè) 計(jì)的含義也有所調(diào)整。最突出的表現(xiàn)為 :2.4.1. 從彈性應(yīng)力分析擴(kuò)充到彈塑性

4、分析。和應(yīng)力分類法彈性應(yīng)力分析方法并行地提出了彈塑性分析方法和極限載荷分析方法ASME或直接法歐盟。2.4.2. 把能夠給出顯式表達(dá)式的解析解都調(diào)整到“規(guī)那么設(shè)計(jì)中, “分析設(shè)計(jì)只規(guī)定通用性強(qiáng)的數(shù)值分析方法。另一方面, 在“規(guī)那么設(shè)計(jì)公式的強(qiáng)度校核中又引入了應(yīng)力分類的思想。隨著時(shí)間的推移和科學(xué)的開(kāi)展 , “分析設(shè)計(jì)的方法和內(nèi)容還會(huì)有 新 的擴(kuò)充和調(diào)整。在現(xiàn)階段可以說(shuō) , “分析設(shè)計(jì)是一種以塑性失效準(zhǔn) 那么為基礎(chǔ)、采用先進(jìn)力學(xué)分析手段的壓力容器設(shè)計(jì)方法。先進(jìn)的材料、工藝和檢測(cè)水平是保證分析設(shè)計(jì)能得以實(shí)施的前提條件。應(yīng)力分類法3.1. 應(yīng)力分類法是當(dāng)今分析設(shè)計(jì)的主流方法 應(yīng)力分類法有如下優(yōu)點(diǎn) :3

5、.1.1. 簡(jiǎn)單。采用工程設(shè)計(jì)人員非常熟悉的彈性應(yīng)力分析方法。 應(yīng)力 評(píng)定時(shí)直接給出各類等效應(yīng)力的許用值 , 因而應(yīng)力分類后的強(qiáng)度校 核與常規(guī) 設(shè)計(jì)類似。3.1.2. 通用。采用有限元軟件可以對(duì)任何結(jié)構(gòu)形狀和載荷工況進(jìn) 行彈 性應(yīng)力分析。 3.1.3. 保守。各類應(yīng)力的許用極限“已經(jīng)設(shè)定在保 守的水平 上 , 因此總體上是一種偏保守的設(shè)計(jì)方法。3.14 成熟。自 1965 年在 ASME 第皿卷正式頒發(fā)以來(lái)已經(jīng)應(yīng)用了 49 年, 已被世界各國(guó)普遍采用 ,并公認(rèn)為先進(jìn)的壓力容器設(shè)計(jì)方法。正 是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn) , 應(yīng)力分類法仍然是當(dāng)今壓力容器分析設(shè)計(jì)的主流方 法。雖然 ASME 新版和歐盟標(biāo)準(zhǔn)都擴(kuò)充

6、了基于彈塑性分析的新方法 ，但都并列地推薦了應(yīng) 力分類法 ,而不是“不推薦采用基于應(yīng)力分類的分析設(shè)計(jì)方法。目前在工程上真正應(yīng)用 ASME 新版進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)例尚未見(jiàn)報(bào)道 ，由于 根底數(shù)據(jù)的缺乏和對(duì)新的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有研究清楚 , 國(guó)際上的知名工程 公司均 不允許在工程上直接采用 ASME 新版，仍然沿用 ASME 老版進(jìn)行設(shè) 計(jì)。3.2. 用于應(yīng)力分類的等效線性化處理方法ASM 新版和歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN 在全面繼承應(yīng)力分類法的根本思想和基 本規(guī) 那么的同時(shí) ,還對(duì)其實(shí)施方法作出了如下關(guān)鍵性的增補(bǔ):3.2.1. 把經(jīng)濟(jì)、有效且已被工程界廣泛采用的數(shù)值 有限元分析方 法作為分析設(shè)計(jì)的主要手段引入應(yīng)力分類法

7、, 并標(biāo)準(zhǔn)了具體實(shí)施步 驟。3.2.2. 明確肯定了有限元計(jì)算結(jié)果的等效線性化處理方法 , 用較多的 篇幅給出了詳細(xì)論述。關(guān)于線性化處理得到的非線性應(yīng)力是否是峰值應(yīng)力的問(wèn)題 ,ASME 新版 中明確表示“應(yīng)力分量沿貫穿壁厚的應(yīng)力分類線SCL積分,以確 定薄膜和彎曲應(yīng)力分量。峰值應(yīng)力分量可以直接利用本方法通過(guò)將總 應(yīng)力分布減去薄膜加彎曲應(yīng)力分布而得到。 分析設(shè)計(jì)中應(yīng)力分 類及其應(yīng) 用壓力容器在外載荷作用下 ,滿足了平衡條件與變形協(xié)調(diào)條件后, 容器各個(gè)部件中的應(yīng)力按其性質(zhì)分為以下三類 :4.1. 一次應(yīng)力一次應(yīng)力是因外載荷作用而在容器部件中產(chǎn)生的正應(yīng)力 或剪應(yīng) 力。它沒(méi)有“自限性，它的根本特點(diǎn)是當(dāng)它超過(guò)材料屈服極限時(shí)將 產(chǎn)生過(guò)渡的變形而破壞。一次應(yīng)力又分總體薄膜應(yīng)力、一次彎曲應(yīng)力和 局 部薄膜應(yīng)力。例如承受內(nèi)壓圓筒的器壁中的環(huán)向應(yīng)力即為總體薄膜 應(yīng)力; 平 封頭或頂蓋中央局部在內(nèi)壓作用下產(chǎn)生的應(yīng)力即為一次彎曲應(yīng) 力 ; 殼體在固 定支座或接管處由外載荷和力矩產(chǎn)生的應(yīng)力為局部薄膜應(yīng) 力。4.2. 二次應(yīng)力二次應(yīng)力是由于容器部件的自身約束或相鄰部件的約束 而產(chǎn)生的正應(yīng)力或剪應(yīng)力。它的根本特點(diǎn)具有“自限性 , 即局部屈服和小 量變形就會(huì)使約束緩和、變形協(xié)調(diào) , 只要不反復(fù)加載 , 二次應(yīng)力不會(huì)引起容 器結(jié)構(gòu)破壞。4.3. 峰值應(yīng)力峰值應(yīng)力是因局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或形狀突變引起的局部應(yīng)力集中