過程設(shè)備設(shè)計(jì)第四章(4.1-4.2)

1、12 4.1 概述概述 4.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4.3 常規(guī)設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì) 4.4 分析設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì) 4.5 疲勞分析疲勞分析 4.6 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展 3分析設(shè)計(jì)方法分析設(shè)計(jì)方法不同失效形式不同失效形式壓力容器壓力容器發(fā)發(fā) 展趨展趨 勢(shì)勢(shì)大型化大型化選用高強(qiáng)度材料選用高強(qiáng)度材料高參數(shù)高參數(shù)本章著重本章著重 介介 紹紹壓力容器的設(shè)計(jì)思想壓力容器的設(shè)計(jì)思想常規(guī)設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法彈性失效彈性失效44.1 概概 述述是設(shè)計(jì)的基本知識(shí)是設(shè)計(jì)的基本知識(shí)56根據(jù)給定的根據(jù)給定的 ，遵循遵循 規(guī)定，規(guī)定，在確保在確保 的前提下，的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確地經(jīng)濟(jì)、正確地 ，并進(jìn)行并進(jìn)行、

2、和和。工藝設(shè)計(jì)條件工藝設(shè)計(jì)條件現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)安全安全選擇材料選擇材料7結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，滿足制造、確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，滿足制造、 檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求。檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求。強(qiáng)（剛）度設(shè)計(jì)強(qiáng)（剛）度設(shè)計(jì)確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度或剛度及確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度或剛度及 穩(wěn)定性要求，以確保容器安全可靠地運(yùn)行。穩(wěn)定性要求，以確保容器安全可靠地運(yùn)行。密封設(shè)計(jì)密封設(shè)計(jì)選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性 能良好。能良好。894.1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求安全性指結(jié)構(gòu)完整性和密封安全性指結(jié)構(gòu)完整性和密封性。安全是前提

3、，經(jīng)濟(jì)是目性。安全是前提，經(jīng)濟(jì)是目標(biāo)，在充分保證安全的前提標(biāo)，在充分保證安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性包括材料的節(jié)約經(jīng)濟(jì)性包括材料的節(jié)約,高的效率高的效率, 經(jīng)濟(jì)的制造過經(jīng)濟(jì)的制造過程程, 低的操作和維修費(fèi)用低的操作和維修費(fèi)用等。等。 安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一10設(shè)計(jì)文件：設(shè)計(jì)文件：設(shè)計(jì)圖樣；設(shè)計(jì)圖樣；技術(shù)條件；技術(shù)條件；強(qiáng)度計(jì)算書或應(yīng)力分析報(bào)告；強(qiáng)度計(jì)算書或應(yīng)力分析報(bào)告；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告（適用于第風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告（適用于第類壓力容器）類壓力容器）必要時(shí)還應(yīng)包括設(shè)計(jì)或安裝、使用說明書。必要時(shí)還應(yīng)包括設(shè)計(jì)或安裝、使用說明書。設(shè)計(jì)的表現(xiàn)形式，是設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)體現(xiàn)設(shè)計(jì)的表

4、現(xiàn)形式，是設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)體現(xiàn)11 包括設(shè)計(jì)條件、所用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、材料、腐蝕裕量、包括設(shè)計(jì)條件、所用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、材料、腐蝕裕量、 計(jì)算厚度、名義厚度、計(jì)算應(yīng)力等。計(jì)算厚度、名義厚度、計(jì)算應(yīng)力等。 裝設(shè)安全泄放裝置的壓力容器，還應(yīng)計(jì)算壓力容器安全裝設(shè)安全泄放裝置的壓力容器，還應(yīng)計(jì)算壓力容器安全 泄放量、安全閥排量和爆破片泄放面積。泄放量、安全閥排量和爆破片泄放面積。 當(dāng)采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，軟件必須經(jīng)當(dāng)采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，軟件必須經(jīng)“全國全國 鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”評(píng)審鑒定，并在評(píng)審鑒定，并在 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備局認(rèn)證備案，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)

5、檢疫總局特種設(shè)備局認(rèn)證備案， 打印結(jié)果中打印結(jié)果中 應(yīng)有軟件程序編號(hào)、輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果應(yīng)有軟件程序編號(hào)、輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果 等內(nèi)容。等內(nèi)容。強(qiáng)度計(jì)算書強(qiáng)度計(jì)算書:12包括壓力容器包括壓力容器名稱、類別；設(shè)計(jì)條件；名稱、類別；設(shè)計(jì)條件；必要時(shí)應(yīng)注明壓力容器必要時(shí)應(yīng)注明壓力容器使用年限使用年限；主要受壓元件主要受壓元件材料材料牌號(hào)及牌號(hào)及材料要求；材料要求；主要主要特性參數(shù)特性參數(shù)（如容積、換熱器換熱面積與程數(shù)等）；（如容積、換熱器換熱面積與程數(shù)等）；制造要求；熱處理要求；防腐蝕要求；無損檢測(cè)要求；制造要求；熱處理要求；防腐蝕要求；無損檢測(cè)要求；耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)要求；安全附件的規(guī)格；耐壓試驗(yàn)

6、和氣密性試驗(yàn)要求；安全附件的規(guī)格；壓力容器銘牌的位置；包裝、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組焊和安裝要求；壓力容器銘牌的位置；包裝、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組焊和安裝要求；以及其它特殊要求。以及其它特殊要求。設(shè)計(jì)圖樣設(shè)計(jì)圖樣總圖總圖零部件圖零部件圖總圖總圖134.1.3 設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)的已知條件設(shè)計(jì)的已知條件設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件常用設(shè)計(jì)條件圖表示。常用設(shè)計(jì)條件圖表示。工藝設(shè)計(jì)條件工藝設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件圖設(shè)計(jì)條件圖原始原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)工藝工藝要求要求簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖用戶用戶要求要求接管接管表等表等簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖示意性地畫出容器本體、主要內(nèi)件部分示意性地畫出容器本體、主要內(nèi)件部分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 尺寸尺寸、接管位置接管位置、支座形式支座形式及其它需要表達(dá)的

7、及其它需要表達(dá)的 內(nèi)容。內(nèi)容。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)14用戶要求包括：用戶要求包括：介質(zhì)學(xué)名或分子式、主要組分、比重介質(zhì)學(xué)名或分子式、主要組分、比重 及危害性等；及危害性等；工作壓力、工作溫度、環(huán)境溫度等工作壓力、工作溫度、環(huán)境溫度等注明連續(xù)操作或間隙操作，以注明連續(xù)操作或間隙操作，以 及壓力、溫度是否穩(wěn)定；對(duì)壓力、及壓力、溫度是否穩(wěn)定；對(duì)壓力、 溫度有波動(dòng)時(shí)，應(yīng)注明變動(dòng)頻率及溫度有波動(dòng)時(shí)，應(yīng)注明變動(dòng)頻率及 變化范圍；對(duì)開、停車頻繁的容器變化范圍；對(duì)開、停車頻繁的容器 應(yīng)注明每年的開車、停車次數(shù)；應(yīng)注明每年的開車、停車次數(shù)；還應(yīng)注明容積、材料、腐蝕速率、設(shè)計(jì)壽命、還應(yīng)注明容積、材料、腐蝕速率、設(shè)計(jì)壽命、 是

8、否帶安全裝置、是否保溫等。是否帶安全裝置、是否保溫等。15設(shè)計(jì)條件圖設(shè)計(jì)條件圖攪拌容器條件圖攪拌容器條件圖塔器條件圖塔器條件圖換熱器條件圖換熱器條件圖一般容器條件圖一般容器條件圖應(yīng)注明換熱管規(guī)格、應(yīng)注明換熱管規(guī)格、管長及根數(shù)、排列管長及根數(shù)、排列形式、換熱面積與形式、換熱面積與程數(shù)等；程數(shù)等；應(yīng)注明塔型（浮閥應(yīng)注明塔型（浮閥塔、篩板塔或填料塔、篩板塔或填料塔）、塔板數(shù)量及塔）、塔板數(shù)量及間距、基本風(fēng)壓和間距、基本風(fēng)壓和地震設(shè)計(jì)烈度和場(chǎng)地震設(shè)計(jì)烈度和場(chǎng)地土類別等；地土類別等；應(yīng)注明攪拌器形式、轉(zhuǎn)應(yīng)注明攪拌器形式、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、軸功率等。速及轉(zhuǎn)向、軸功率等。164.1.4 設(shè)計(jì)的基本步驟設(shè)計(jì)的基本步

9、驟1. 物料衡算：物料衡算：2. 熱量衡算：熱量衡算：3. 設(shè)備的類型選擇：設(shè)備的類型選擇：4. 設(shè)備工藝尺寸確定：設(shè)備工藝尺寸確定：5. 設(shè)備部件的受力分析：設(shè)備部件的受力分析：6. 材料的選擇：材料的選擇：7. 設(shè)備初步設(shè)計(jì)：設(shè)備初步設(shè)計(jì)：8. 施工圖設(shè)計(jì)：施工圖設(shè)計(jì)：9. 設(shè)備附件的選擇：設(shè)備附件的選擇：10. 安全附件的配用：安全附件的配用：10. 制造、驗(yàn)收與裝配的技術(shù)條件：制造、驗(yàn)收與裝配的技術(shù)條件：17失效形式失效形式失效判據(jù)失效判據(jù)（選擇）（選擇）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（相應(yīng)）（相應(yīng)）設(shè)計(jì)是否合理設(shè)計(jì)是否合理（判別）（判別）18失效失效壓力容器在規(guī)定的壓力容器在規(guī)定的 使用環(huán)境和時(shí)間

10、內(nèi)，使用環(huán)境和時(shí)間內(nèi)， 因尺寸、形狀或材料性能發(fā)生改變而完全因尺寸、形狀或材料性能發(fā)生改變而完全 失去或不能達(dá)到原設(shè)計(jì)要求（包括功能和失去或不能達(dá)到原設(shè)計(jì)要求（包括功能和 壽命等）的現(xiàn)象。壽命等）的現(xiàn)象。失效表現(xiàn)形式失效表現(xiàn)形式 失效原因失效原因多種多樣多種多樣泄漏泄漏過度變形過度變形斷裂斷裂19一、壓力容器失效形式一、壓力容器失效形式（1）強(qiáng)度失效）強(qiáng)度失效（2）剛度失效）剛度失效（3）失穩(wěn)失效）失穩(wěn)失效（4）泄漏失效）泄漏失效失效形式失效形式(一一)、壓力容器基本失效形式、壓力容器基本失效形式按失效機(jī)理按失效機(jī)理突發(fā)型：韌性斷裂、脆性斷裂、失穩(wěn)突發(fā)型：韌性斷裂、脆性斷裂、失穩(wěn)退化型：蠕變斷

11、裂、腐蝕斷裂、疲勞斷裂退化型：蠕變斷裂、腐蝕斷裂、疲勞斷裂按失效原因：強(qiáng)度失效、剛度失效、失穩(wěn)失效、泄漏失效按失效原因：強(qiáng)度失效、剛度失效、失穩(wěn)失效、泄漏失效20a.韌性斷裂韌性斷裂韌性斷裂是壓力容器在載荷作用下，產(chǎn)生的韌性斷裂是壓力容器在載荷作用下，產(chǎn)生的 應(yīng)力達(dá)到或接近所用材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生應(yīng)力達(dá)到或接近所用材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生 的斷裂。的斷裂。（1）強(qiáng)度失效）強(qiáng)度失效因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效， 稱為強(qiáng)度失效，包括（稱為強(qiáng)度失效，包括（a）韌性斷裂、）韌性斷裂、 （b）脆性斷裂、（）脆性斷裂、（c）疲勞斷裂、）疲勞斷裂、 （d）蠕變斷裂、（）

12、蠕變斷裂、（e）腐蝕斷裂等。）腐蝕斷裂等。21特征特征原因原因斷后有肉眼可見的宏觀變形，如整體鼓脹，斷后有肉眼可見的宏觀變形，如整體鼓脹，周長伸長率可達(dá)周長伸長率可達(dá)1020%，斷口處厚度顯著，斷口處厚度顯著減?。粵]有碎片，或偶爾有碎片；按實(shí)測(cè)厚減薄；沒有碎片，或偶爾有碎片；按實(shí)測(cè)厚度計(jì)算的爆破壓力與實(shí)際爆破壓力相當(dāng)接近。度計(jì)算的爆破壓力與實(shí)際爆破壓力相當(dāng)接近。壁厚過薄壁厚過薄和和內(nèi)壓過高內(nèi)壓過高壁厚未經(jīng)設(shè)計(jì)壁厚未經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算和壁厚因計(jì)算和壁厚因 腐蝕而減薄腐蝕而減薄操作失誤、液體操作失誤、液體受熱膨脹、化學(xué)受熱膨脹、化學(xué)反應(yīng)失控等。反應(yīng)失控等。22嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)、選材，嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)、選材

13、，配備相應(yīng)的安全附件，配備相應(yīng)的安全附件，且運(yùn)輸、安裝、使用、檢修遵循有關(guān)的規(guī)定且運(yùn)輸、安裝、使用、檢修遵循有關(guān)的規(guī)定韌性斷裂可以避免韌性斷裂可以避免23斷裂時(shí)容器沒有膨脹，即無明顯的塑性變形；斷裂時(shí)容器沒有膨脹，即無明顯的塑性變形；其斷口齊平，并與最大應(yīng)力方向垂直；其斷口齊平，并與最大應(yīng)力方向垂直；斷裂的速度極快，常使容器斷裂成碎片。斷裂的速度極快，常使容器斷裂成碎片。由于脆性斷裂時(shí)容器的實(shí)際應(yīng)力值往往很低，爆由于脆性斷裂時(shí)容器的實(shí)際應(yīng)力值往往很低，爆破片、安全閥等安全附件不會(huì)動(dòng)作，其破片、安全閥等安全附件不會(huì)動(dòng)作，其后果要比后果要比韌性斷裂嚴(yán)重得多韌性斷裂嚴(yán)重得多。特征特征b.脆性斷裂脆性

14、斷裂脆性斷裂是指脆性斷裂是指變形量很小變形量很小、且在殼壁中、且在殼壁中 的的應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)生 的斷裂。這種斷裂是在較低應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂。這種斷裂是在較低應(yīng)力狀態(tài)下 發(fā)生，故又稱為低應(yīng)力脆斷。發(fā)生，故又稱為低應(yīng)力脆斷。24脆性斷脆性斷裂原因裂原因材料脆性和缺陷材料脆性和缺陷。a. 材料選用不當(dāng)、焊接與熱處理不當(dāng)使材料材料選用不當(dāng)、焊接與熱處理不當(dāng)使材料 脆化；低溫、長期在高溫下運(yùn)行、應(yīng)變脆化；低溫、長期在高溫下運(yùn)行、應(yīng)變 時(shí)效等也會(huì)使材料脆化；時(shí)效等也會(huì)使材料脆化；b. 壓力容器用鋼一般韌性較好，但若存在壓力容器用鋼一般韌性較好，但若存在 嚴(yán)重的

15、原始缺陷（如原材料的夾渣、嚴(yán)重的原始缺陷（如原材料的夾渣、 分層、折疊等）、制造缺陷（如焊接引分層、折疊等）、制造缺陷（如焊接引 起的未熔透、裂紋等）或使用中產(chǎn)生的起的未熔透、裂紋等）或使用中產(chǎn)生的 缺陷，也會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂發(fā)生。缺陷，也會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂發(fā)生。 25交變載荷交變載荷指大小和（或）方向都隨時(shí)間周期性指大小和（或）方向都隨時(shí)間周期性 （或無規(guī)則）變化的載荷。（或無規(guī)則）變化的載荷。 包括包括壓力波動(dòng)、開車停車；加熱或冷卻時(shí)溫度變壓力波動(dòng)、開車停車；加熱或冷卻時(shí)溫度變 化引起的熱應(yīng)力變化；振動(dòng)或容器接管引起化引起的熱應(yīng)力變化；振動(dòng)或容器接管引起 的附加載荷的交變而形成的交變載荷。的附加載

16、荷的交變而形成的交變載荷。需要指出需要指出原材料或制造過程中產(chǎn)生的裂紋，原材料或制造過程中產(chǎn)生的裂紋， 也會(huì)在交變載荷的反復(fù)作用下擴(kuò)展而導(dǎo)致也會(huì)在交變載荷的反復(fù)作用下擴(kuò)展而導(dǎo)致 壓力容器疲勞。壓力容器疲勞。c.疲勞斷裂疲勞斷裂在在交變載荷交變載荷作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生 裂紋或突然發(fā)生斷裂失效的過程。裂紋或突然發(fā)生斷裂失效的過程。26失效形式失效形式“未爆先漏未爆先漏” ，破壞需要有一定時(shí)間。，破壞需要有一定時(shí)間。疲勞破壞疲勞破壞包括裂紋萌生、擴(kuò)展和最后斷裂三個(gè)階段。包括裂紋萌生、擴(kuò)展和最后斷裂三個(gè)階段。裂紋源裂紋源往往往往位于接管根部、位于接管根部、焊接接頭等

17、高應(yīng)焊接接頭等高應(yīng)力區(qū)或有缺陷的力區(qū)或有缺陷的部位。部位。裂紋擴(kuò)展區(qū)裂紋擴(kuò)展區(qū)是是疲勞斷口最重要的疲勞斷口最重要的特征區(qū)域。常呈現(xiàn)特征區(qū)域。常呈現(xiàn)貝紋狀，是疲勞裂貝紋狀，是疲勞裂紋擴(kuò)展過程中留下紋擴(kuò)展過程中留下的痕跡。的痕跡。瞬時(shí)斷裂區(qū)瞬時(shí)斷裂區(qū)裂紋擴(kuò)展到一定裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)的快速斷程度時(shí)的快速斷裂區(qū)。裂區(qū)。疲勞斷口疲勞斷口裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)組成。裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)組成。27特征特征: 疲勞斷裂時(shí)容器的總體應(yīng)力值較低，斷裂往往在疲勞斷裂時(shí)容器的總體應(yīng)力值較低，斷裂往往在容器正常工作條件下發(fā)生，沒有明顯征兆，是突容器正常工作條件下發(fā)生，沒有明顯征兆，是突發(fā)性破壞，接近

18、脆斷，危險(xiǎn)性很大。發(fā)性破壞，接近脆斷，危險(xiǎn)性很大。28從變形看從變形看 具有韌性斷裂特征具有韌性斷裂特征從應(yīng)力看從應(yīng)力看具有脆性斷裂特征具有脆性斷裂特征d.蠕變斷裂蠕變斷裂壓力容器在壓力容器在高溫下長期受載高溫下長期受載，隨時(shí)間的增加，隨時(shí)間的增加 材料不斷發(fā)生蠕變變形，造成壁厚明顯減薄材料不斷發(fā)生蠕變變形，造成壁厚明顯減薄 與鼓脹變形，最終導(dǎo)致壓力容器斷裂。與鼓脹變形，最終導(dǎo)致壓力容器斷裂。29均勻腐蝕的減薄和均勻腐蝕的減薄和局部腐蝕的凹坑局部腐蝕的凹坑引起的斷裂引起的斷裂晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕引起的斷裂引起的斷裂e.腐蝕斷裂腐蝕斷裂韌性斷裂特征脆性斷裂特征。韌性斷裂特征脆性斷

19、裂特征。30（2）剛度失效）剛度失效 由于構(gòu)件過度的彈性變形引起的失效。由于構(gòu)件過度的彈性變形引起的失效。 （3）失穩(wěn)失效）失穩(wěn)失效 在壓應(yīng)力作用下，壓力容器突然失去其在壓應(yīng)力作用下，壓力容器突然失去其 原有的規(guī)則幾何形狀引起的失效。原有的規(guī)則幾何形狀引起的失效。 （4）泄漏失效）泄漏失效泄漏而引起的失效。泄漏而引起的失效。 危害危害: 可能引起中毒、燃燒和爆炸等事故，可能引起中毒、燃燒和爆炸等事故， 造成環(huán)境污染等。造成環(huán)境污染等。31交互失效交互失效多種因素作用下同時(shí)發(fā)生多種形式的失效。多種因素作用下同時(shí)發(fā)生多種形式的失效。(二二)、交互失效形式、交互失效形式例如：例如： 腐蝕疲勞腐蝕疲勞

20、腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)交變應(yīng)力交變應(yīng)力 蠕變疲勞蠕變疲勞 高高 溫溫交變應(yīng)力交變應(yīng)力32壓力容器最可能發(fā)生的失效形式壓力容器最可能發(fā)生的失效形式二、失效判據(jù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、失效判據(jù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路求得壓力容器在穩(wěn)態(tài)或求得壓力容器在穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)工況下的力學(xué)響應(yīng)瞬態(tài)工況下的力學(xué)響應(yīng)（如應(yīng)力、應(yīng)變、固有頻率等）（如應(yīng)力、應(yīng)變、固有頻率等）確定力學(xué)響應(yīng)的限制值以確定力學(xué)響應(yīng)的限制值以判斷壓力容器能否安全使用判斷壓力容器能否安全使用是否獲得滿意的使用效果是否獲得滿意的使用效果（根據(jù)）（根據(jù)）33(1)失效判據(jù)失效判據(jù)將力學(xué)分析將力學(xué)分析 結(jié)果與簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果結(jié)果與簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果 相比較，判別壓力容器

21、是相比較，判別壓力容器是 否會(huì)失效。這種判據(jù)，稱否會(huì)失效。這種判據(jù)，稱 為失效判據(jù)。為失效判據(jù)。（2）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則根據(jù)失效根據(jù)失效 判據(jù)，再考慮各種不確判據(jù)，再考慮各種不確 定因素，引入安全系數(shù)，定因素，引入安全系數(shù)， 得到與失效判據(jù)相對(duì)應(yīng)得到與失效判據(jù)相對(duì)應(yīng) 的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。分類分類強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則34適用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)先確定最有可能的失效形式最有可能的失效形式選擇合適的失效叛據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則合適的失效叛據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定進(jìn)行設(shè)計(jì)、校核

22、進(jìn)行設(shè)計(jì)、校核再按照標(biāo)準(zhǔn)要求35 強(qiáng)度失效的兩種主要形式：強(qiáng)度失效的兩種主要形式：屈服屈服斷裂斷裂（在常溫、靜載作用下）（在常溫、靜載作用下）常用的強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：常用的強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則脆性斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則脆性斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則36彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則將容器總體部位的將容器總體部位的初始屈服初始屈服視為失效。視為失效。一、彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 （韌性材料）（韌性材料）1、

23、單向拉伸、單向拉伸最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則s t t1失效判據(jù)的失效判據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)試數(shù)學(xué)表達(dá)試相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力s t t11（4-3）式中式中:37 2、任意應(yīng)力狀態(tài)、任意應(yīng)力狀態(tài)（1）最大切應(yīng)力準(zhǔn)則）最大切應(yīng)力準(zhǔn)則屈雷斯卡屈雷斯卡(Tresca)屈服失效判據(jù)屈服失效判據(jù)任意應(yīng)力任意應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)（4-4）s31 t31（最大切應(yīng)力屈服失效判據(jù)）（最大切應(yīng)力屈服失效判據(jù)）第三強(qiáng)度理論第三強(qiáng)度理論38任意應(yīng)任意應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)s)- ()- ()-(212132322212221223311( - )(

24、- )( - ) 2t（4-54-5） （2）形狀改變比能準(zhǔn)則）形狀改變比能準(zhǔn)則形狀改變比能失效判據(jù)：形狀改變比能失效判據(jù)：第四強(qiáng)度理論：第四強(qiáng)度理論：39teqi21323222143131eq121eqeq3、應(yīng)力強(qiáng)度或相當(dāng)應(yīng)力、應(yīng)力強(qiáng)度或相當(dāng)應(yīng)力彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則統(tǒng)一：彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則統(tǒng)一：401、彈性失效準(zhǔn)則與塑性失效準(zhǔn)則的對(duì)比、彈性失效準(zhǔn)則與塑性失效準(zhǔn)則的對(duì)比二、塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則41sopp 2、塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則理想彈塑性材料，內(nèi)壓厚壁圓筒理想彈塑性材料，內(nèi)壓厚壁圓筒p設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力全屈服壓力全屈服壓力sopsosonpp （4-6）（4-7）s

25、on全屈服安全系數(shù)全屈服安全系數(shù)42壓力容器一般具有應(yīng)變硬化現(xiàn)象壓力容器一般具有應(yīng)變硬化現(xiàn)象 爆破壓力大于全屈服壓力爆破壓力大于全屈服壓力（4-8）三、爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則容器爆破作為失效判據(jù)容器爆破作為失效判據(jù)爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：bbnpp bpbn爆破壓力爆破壓力爆破安全系數(shù)爆破安全系數(shù)43 彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則又稱為安定性準(zhǔn)則，認(rèn)為載荷變化范又稱為安定性準(zhǔn)則，認(rèn)為載荷變化范 圍達(dá)到圍達(dá)到安定載荷安定載荷，容器就失效。，容器就失效。應(yīng)用場(chǎng)合：適用于各種載荷應(yīng)用場(chǎng)合：適用于各種載荷 不按同一比例遞增、不按同一比例遞增、 載荷大小反復(fù)變化。載荷大

26、小反復(fù)變化。初始屈服載荷初始屈服載荷最大應(yīng)力最大應(yīng)力 點(diǎn)進(jìn)入塑性相對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)入塑性相對(duì)應(yīng) 的載荷。的載荷。四、彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則四、彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則44 容器承受稍大于初始屈服載荷的載荷容器承受稍大于初始屈服載荷的載荷 少量的局部塑性變形少量的局部塑性變形 殘余應(yīng)力場(chǎng)殘余應(yīng)力場(chǎng) 若容器所受的若容器所受的 載荷較小載荷較小 應(yīng)力疊加后小于屈服點(diǎn)應(yīng)力疊加后小于屈服點(diǎn) 保持彈性行為保持彈性行為 無新塑性變形無新塑性變形 “安定安定”狀態(tài)。狀態(tài)。 載荷繼續(xù)增大載荷繼續(xù)增大 反向屈服，或塑性變形累積反向屈服，或塑性變形累積 喪失安定喪失安定 漸增塑性變形漸增塑性變形 “不安定不安定”狀態(tài)。狀態(tài)。安定載荷

27、安定載荷安定和不安定的臨界狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的載荷變化范圍。安定和不安定的臨界狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的載荷變化范圍。工程上工程上: 由于超過安定載荷后容器并不立即破壞，危險(xiǎn)性較小，由于超過安定載荷后容器并不立即破壞，危險(xiǎn)性較小，安定載荷的安全系數(shù)安定載荷的安全系數(shù)1.0，最大載荷變化范圍最大載荷變化范圍 安定載荷。安定載荷。安定狀態(tài)安定狀態(tài)45低周疲勞低周疲勞每次循環(huán)中材料都將產(chǎn)生一定的塑性應(yīng)變，疲勞每次循環(huán)中材料都將產(chǎn)生一定的塑性應(yīng)變，疲勞 破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)較低，一般在破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)較低，一般在105次以下。次以下。低周疲勞設(shè)計(jì)曲線低周疲勞設(shè)計(jì)曲線由試驗(yàn)及理論得，虛擬應(yīng)力幅與許用循環(huán)由試驗(yàn)及理論得，虛擬應(yīng)力幅

28、與許用循環(huán) 次數(shù)之間的關(guān)系曲線。次數(shù)之間的關(guān)系曲線。疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則最大虛擬應(yīng)力幅按低周疲勞設(shè)計(jì)曲線所確最大虛擬應(yīng)力幅按低周疲勞設(shè)計(jì)曲線所確 定的許用循環(huán)次數(shù)大于容器所需的循環(huán)次定的許用循環(huán)次數(shù)大于容器所需的循環(huán)次 數(shù)，容器就不會(huì)發(fā)生疲勞失效。數(shù)，容器就不會(huì)發(fā)生疲勞失效。斷裂力學(xué)理論斷裂力學(xué)理論帶裂紋的壓力容器疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即按照疲勞帶裂紋的壓力容器疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即按照疲勞 裂紋擴(kuò)展與斷裂的規(guī)律對(duì)循環(huán)載荷作用下的容裂紋擴(kuò)展與斷裂的規(guī)律對(duì)循環(huán)載荷作用下的容 器作出安全評(píng)定。器作出安全評(píng)定。五、疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則五、疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則46脆性斷裂脆性斷裂屬于斷裂力學(xué)的研究范圍，認(rèn)為材料中存