歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準概述課件

歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準概述

蘇文獻上海理工大學(xué)化工過程機械研究所2006年8月21日哈爾濱

歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準概述1前言

歐盟標準化委員會用了9年時間，起草了歐盟非直接接觸火焰壓力容器標準草案prEN13445。該草案于1999年提交各成員國評議。在2002年3月為歐盟成員國正式表決通過了修改后的標準EN13445，并于同年5月30日頒布了該標準第一版。

EN13445-3有兩個附錄介紹分析設(shè)計即附錄B和C。本文介紹歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準的思想思路和基本內(nèi)容。前言歐盟標準化委員會用了9年時間，起草了歐盟非直21歐盟對當前分析設(shè)計的考慮1.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問題1.2直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問題1歐盟對當前分析設(shè)計的考慮1.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的31.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問題基于應(yīng)力分類法（彈性方法）的分析設(shè)計要求將應(yīng)力分類成一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，再根據(jù)各類應(yīng)力對承壓設(shè)備失效的危害性的差異采用不同的設(shè)計準則加以限制。有限元分析是基于彈性理論而不是薄殼理論得到應(yīng)力數(shù)值解，如何將這些應(yīng)力數(shù)值解分類成一次應(yīng)力和二次應(yīng)力并進行評定就非常困難。在過去的40多年中，分析設(shè)計標準所涉及的分析設(shè)計方法未作原則上的調(diào)整和修改。同時應(yīng)力數(shù)值解的評定未作十分明確規(guī)定。1.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問題4

如何對應(yīng)力進行分類就成為分析設(shè)計重要的工作之一。早期的應(yīng)力分類方法主要是等效線性化處理法，包括：點處理法、線處理法和面處理法。后來，相繼提出了廣義的局部應(yīng)力應(yīng)變節(jié)點重新分布法、彈性補償法和一次結(jié)構(gòu)法等。分析設(shè)計最初引入時，在承壓設(shè)備設(shè)計中主要的分析方法是薄殼不連續(xù)分析，它是基于薄殼理采用有限元法進行承壓設(shè)備響應(yīng)分析計算后，由于有限元分析是基于彈性理論而不是薄殼理論得到應(yīng)力數(shù)值解，除殼體特別薄以外，應(yīng)力沿壁厚呈非線性分布。如何對應(yīng)力進行分類就成為分析設(shè)計重要的工作5

以Hechmer和Hollinger等為代表的美國壓力容器研究委員會（PVRC）開展了三維應(yīng)力數(shù)值解評估技術(shù)研究，但難以取得突破性進展。究其原因，是迄今為止仍未解決以下幾個問題：應(yīng)力分類線或面如何選擇哪些應(yīng)力分量應(yīng)當線性化三維有限元分析中的應(yīng)力如何線性化

61.2直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問題

分析設(shè)計規(guī)范中，優(yōu)先選擇彈性計算的是因為彈性分析簡單，手段成熟，計算成本低。但現(xiàn)在這些不是分析設(shè)計中要考慮的主要問題。分析設(shè)計中的非彈性分析方法就是采用極限分析及安定性分析的方法直接對載荷加以限制，而不對彈性名義應(yīng)力進行分類。1.2.1極限分析1.2.2塑性分析

1.2直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問題分析設(shè)71.2.1極限分析

極限分析是假設(shè)材料為理想彈塑性（或理想剛塑性）、結(jié)構(gòu)處于小變形狀態(tài)時，研究塑性極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特性。極限分析的上、下限定理可以用來確定結(jié)構(gòu)的極限載荷，通常是根據(jù)下限定理來求結(jié)構(gòu)的下限極限載荷。只有比較簡單的問題如軸對稱結(jié)構(gòu)的簡單容器、環(huán)板才能求得其極限載荷。對一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還無法求出極限載荷的解析解。數(shù)值解多數(shù)是根據(jù)有限元法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合而建立的。1.2.1極限分析極限分析是假設(shè)材料為理想彈塑8極限條件往往又是非線性的。因此，只有比較簡單的問題如軸對稱結(jié)構(gòu)的簡單容器、環(huán)板才能求得其極限載荷。由于塑性理論模型的復(fù)雜及解非線性方程的困難，到目前為止，對一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還無法求出極限載荷的解析解。隨著有限元技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的發(fā)展，近二十年來極限分析的數(shù)值方法獲得了迅速發(fā)展。目前已建立了多種有關(guān)的算法格式，除彈塑性有限元中的逐步加載法外，大多數(shù)格式主要是根據(jù)有限元法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合而建立的。極限條件往往又是非線性的。因此，只有比較簡單的問題如軸對稱結(jié)9為了克服彈塑性增量有限元法的困難，提出了許多求極限載荷的簡化分析方法：R.Seshadri提出的廣義的局部應(yīng)力應(yīng)變節(jié)點重新分布法[GLOSS]與真實的極限載荷差別較大D.

Mackenzie和J.T.Boyle首先提出的彈性補償法求得極限載荷的值比用彈塑性分析求得的值小11%~20%，其準確性受網(wǎng)格密度和單元階的影響非常大數(shù)學(xué)規(guī)劃法理解比較困難，有限元程序的編寫也困難

為了克服彈塑性增量有限元法的困難，提出了許多求極限載荷的簡化101.2.2塑性分析

承壓設(shè)備的塑性分析，就是通過采用試驗或非線性有限元法計算而獲得結(jié)構(gòu)上關(guān)鍵部位的載荷—應(yīng)變(或變形)曲線，然后采用不同的準則確定塑性載荷。根據(jù)載荷—應(yīng)變(或變形)曲線確定塑性載荷值的準則主要有：0.2%殘余應(yīng)變準則、兩倍彈性變形極限準則、1%塑性應(yīng)變準則、兩倍彈性斜率準則、雙切線準則、零曲率準則等。1.2.2塑性分析承壓設(shè)備的塑性分析，就是通過11（1）雙切線準則該準則是由Save提出的。該準則的不足之處是切線交點不位于載荷—變形曲線上，根據(jù)此準則確定的塑性載荷是通過外推的方法（2）1%塑性應(yīng)變準則該準則是由Townley等提出的。用該準則確定承壓設(shè)備的塑性載荷與所選承壓設(shè)備的測量點的位置關(guān)系極大。（3）兩倍的彈性變形準則ASME鍋爐壓力容器規(guī)范第VIII篇1974年版曾采用該方法作為設(shè)計準則。求出來的塑性載荷誤差比較大。

（1）雙切線準則12（4）兩倍的彈性斜率準則自1975年至今，ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范一直采用的準則。的分散性。但多數(shù)情況下塑性載荷值偏于保守。Kirkwood和Moffat對受內(nèi)壓作用的直徑相等的三通結(jié)構(gòu)進行了極限載荷的計算，得出對于給定的結(jié)構(gòu)按兩倍的彈性斜率準則得到的塑性載荷是不確定的。ArtursKalnlns和DeanP.Updike對承受內(nèi)壓作用的錐形封頭、碟形封頭與球冠形封頭進行了塑性分析，認為：對同一構(gòu)件，當選用不同的載荷—應(yīng)變（或變形）曲線時，按兩倍的彈性斜率準則確定的塑性載荷誤差最大。（4）兩倍的彈性斜率準則13（5）0.2%殘余應(yīng)變準則該準則曾經(jīng)被ASME1971年版采用。在由實驗確定載荷—最大應(yīng)變曲線時，由于最大應(yīng)變不易直接測出，故此法實用性并不強。（6）Demir&Drucker

準則Demir和Drucker于1963年建議取實驗極限載荷為實際位移等于彈性響應(yīng)變形（即假設(shè)材料仍為初始彈性響應(yīng)時的變形）的三倍時的載荷。此定義的實質(zhì)就是三倍彈性斜率準則。（7）三倍彈性變形準則Schroeder將彈性響應(yīng)的變形取為切線交點變形，并定義塑性載荷為載荷—變形曲線上測定變形等于3倍彈性變形時的載荷。（5）0.2%殘余應(yīng)變準則14（8）塑性功準則該準則是由Gerdeen于1979年提出的。他建議參數(shù)選擇原則是：載荷參數(shù)與相對應(yīng)的變形參數(shù)的乘積表示功，例如：力和位移、彎矩和轉(zhuǎn)角。這時，載荷—變形曲線下的面積就表示載荷對容器所做的功，總的功由彈性功和塑性功組成。塑性功可以用來判斷在確定塑性載荷時的變形參數(shù)。9）零曲率準則

該準則是由陸明萬教授等提出的，作為對雙切線準則的改進。是一個不含任何人為系數(shù)的準則。（8）塑性功準則15上面提到的確定塑性載荷準則都是根據(jù)載荷—變形曲線存在顯著塑性流動階段的特點，通過給出一定的系數(shù)，在曲線上做出一些特征線，以此來確定塑性載荷。這里就存在一個問題，即顯著的塑性流動階段是根據(jù)載荷—變形曲線上的某些特征來定性分析的，并沒有從量上進行分析。以下這些情況下并不能根據(jù)其膝部末端來表征顯著的塑性流動的開始。上面提到的確定塑性載荷準則都是根據(jù)載荷—變形曲線存在顯著塑16（1）在結(jié)構(gòu)存在幾何強化的情況下，對有些較薄的板殼結(jié)構(gòu)必須考慮大變形的效應(yīng)。（2）在結(jié)構(gòu)存在幾何弱化的情況下，若大變形引起幾何弱化效應(yīng)將出現(xiàn)彈塑性失穩(wěn)情況，（3）在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微弱局部垮塌的情況下，可能出現(xiàn)了兩個膝部。（4）對于同一結(jié)構(gòu)，按照不同的確定塑性載荷的準則計算的塑性載荷其結(jié)果差別較大。（1）在結(jié)構(gòu)存在幾何強化的情況下，對有些較薄的板殼結(jié)構(gòu)必須考17陸明萬教授等對帶徑向接管的球形容器通過內(nèi)壓試驗，根據(jù)零曲率準則來確定其塑性載荷，分析了布置在接管的同一平行圓但母線不同的兩組電阻應(yīng)變片的測量結(jié)果。理論上講，在各個測點處，它們的曲線本應(yīng)該相同，但因局部幾何形狀的影響，實測曲線卻具有不同形狀的膝部。

陸明萬教授等對帶徑向接管的球形容器通過內(nèi)壓試驗，根據(jù)零曲率準18圖帶徑向接管的球形容器圖帶徑向接管的球形容器19安定載荷的計算是基于Melan下限安定性理論和Koiter上限安定性理論。對在循環(huán)載荷作用下的理想彈塑性結(jié)構(gòu)，首先要找到一個殘余應(yīng)力場，再將殘余應(yīng)力場和循環(huán)作用的載荷引起的線彈性應(yīng)力場相疊加，疊加后的應(yīng)力場如果滿足處處不發(fā)生屈服的要求，則結(jié)構(gòu)就處于安定狀態(tài)。這就是Melan下限安定性理論。在塑性理論中，如果某一方法可以用來計算極限載荷，那么，只需經(jīng)過微小的修改就可以用來計算安定載荷。實際上，極限理論和安定理論是一樣的，只是載荷條件不同，極限理論適用于靜載荷，而安定理論適用于動載荷。1.2.3安定性分析

安定載荷的計算是基于Melan下限安定性理論和Koi202新概念

標準提出的一些新概念：原理和應(yīng)用準則載荷部分安全系數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變載荷響應(yīng)的設(shè)計校核強度的設(shè)計校核。2新概念標準提出的一些新概念：21（1）

原理和應(yīng)用準則原理是對給定的失效形式的概述、定義和基本要求，一般情況下，原理的基本要求和分析模型不能用其它的來替代。應(yīng)用準則是遵從原理并確定是否滿足其要求的過程。與原理不同的是，針對同一個原理，可以有多個符合相應(yīng)原理要求的應(yīng)用準則。

（1）原理和應(yīng)用準則原理是對給定的失效形式的概述22（2）載荷(action)與以前規(guī)范標準不同，歐盟標準中的載荷，指所有加在結(jié)構(gòu)上引起應(yīng)力或應(yīng)變的熱、機械量，如力、（包括壓力），溫度變化和施加的位移。載荷按隨時間的變化可分為四類：永久載荷(permanentactions)永久載荷包括結(jié)構(gòu)的自重、輔助設(shè)備及附件的重量等。變化載荷(variableactions)可變載荷包括對結(jié)構(gòu)施加的載荷、風(fēng)載荷和雪載荷，但不包括壓力和溫度及與確定它們相關(guān)的載荷。意外載荷(exceptionalactions)由于一次承載的失效導(dǎo)致二次承載的載荷及意外的地震載荷。壓力和溫度(pressuresandtemperatures)以及由它們起決定作用的相關(guān)的載荷。盡管這兩個量屬于變化載荷，但由于它們具有隨時間變化的特殊性能以及隨機的特點等，因此，將他們單獨化為一類載荷來考慮。

（2）載荷(action)與以前規(guī)范標準不同，歐23（3）部分安全系數(shù)分析的不確定性，不同的載荷種類及組合形式、不同的失效形式中結(jié)構(gòu)行為和產(chǎn)生后果的差異等都會給分析帶來一定的困難。為了綜合考慮這些因素的影響，歐盟標準引入了部分安全系數(shù)的概念。對不同的載荷，不同的載荷組合，不同的失效形式和不同的結(jié)構(gòu)，分別給予不同的部分安全系數(shù)。這些部分安全系數(shù)組成了結(jié)構(gòu)的總體安全系數(shù)即復(fù)合安全系數(shù)，以此來調(diào)整結(jié)構(gòu)的安全裕量。標準給出了各種載荷在不同條件下的部分安全系數(shù)。（4）（等效的）無應(yīng)力集中模型

（等效的）無應(yīng)力集中模型是一個等效的無局部應(yīng)力或應(yīng)變產(chǎn)生的理想結(jié)構(gòu)模型。（3）部分安全系數(shù)分析的不確定性，不同的載荷種類24（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)變在一個無應(yīng)力集中模型中的應(yīng)變。例如，考慮除了引起局部應(yīng)力或應(yīng)變集中的實際幾何形狀結(jié)構(gòu)模型這樣的理想模型中確定的應(yīng)變。結(jié)構(gòu)應(yīng)變包括了總體結(jié)構(gòu)的細節(jié)影響。如支管連接，原錐體和圓柱體的連接、筒體和封頭的連接、厚度的不連續(xù)，補強，帶有總體影響的設(shè)計形狀的偏離，例如圓柱殼體的不圓度，但是，不包括局部結(jié)構(gòu)細節(jié)中的缺口的影響，如笑的焊縫半徑處，焊趾、焊縫的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，小的（部分穿透）的開孔，或者局部的溫度場。

使用殼單元或者梁單元進行有限元分析，可以直接給出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。

（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)變在一個無應(yīng)力集中模型中的應(yīng)變。例如25（6）載荷響應(yīng)的設(shè)計校核載荷的設(shè)計響應(yīng)是在外部載荷作用下在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的載荷、內(nèi)力（廣義應(yīng)力）和應(yīng)變，它是設(shè)計載荷和結(jié)構(gòu)幾何尺寸的函數(shù)。載荷響應(yīng)的設(shè)計校核是在特定的載荷組合下，就結(jié)構(gòu)特定的極限狀態(tài)（代表一種或幾種失效形式），對結(jié)構(gòu)安全性的評定。在設(shè)計校核中，用設(shè)計載荷的特征值乘以相應(yīng)的部分安全系數(shù)，得到結(jié)構(gòu)的設(shè)計載荷，再求得相應(yīng)設(shè)計響應(yīng)值，將它和相應(yīng)的設(shè)計強度作比較。設(shè)計強度是對應(yīng)的載荷組合的結(jié)構(gòu)強度除以相應(yīng)的強度部分安全系數(shù)。（6）載荷響應(yīng)的設(shè)計校核載荷的設(shè)計響應(yīng)是在外部載26（7）失效模式和極限狀態(tài)主要的失效模式以及相關(guān)的極限類型列在表1上。最新的分類是按照載荷是短期作用、長期作用還是循環(huán)載荷來分的。極限狀態(tài)可以分為最終極限狀態(tài)和功能性極限狀態(tài)。最終極限狀態(tài)是與部件和容器的爆炸或垮塌相關(guān)，或者與可能危及生命，包括：總體塑性變形失效、疲勞引起的斷裂、容器或其部分不穩(wěn)定引起的垮塌。功能性極限狀態(tài)是部件或容器的超過了給定的功能性準則并且不能夠再滿足該準則的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。能極限狀態(tài)包括：能夠嚴重地影響容器的使用，包括機器或功能的正常作用，或者引起結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)單元的損壞的變形或位移。安全的其它結(jié)構(gòu)失效形式相關(guān)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

（7）失效模式和極限狀態(tài)27

載荷類型

短期載荷長期載荷循環(huán)載荷失效形式單個施加多個施加單個施加多個施加

脆性斷裂韌性破裂3)過度變形14)過度變形25)過度變形36)過度的局部應(yīng)變7)失穩(wěn)8)

UUS,U1)USUU,S2)

漸增塑性變形9)交變塑性10)

UU

蠕變破裂蠕變與過渡變形111)蠕變與過渡變形212)蠕變與過渡變形313)蠕變失穩(wěn)腐蝕環(huán)境加速的開裂

US,U1)USU,S2)SU

蠕變?nèi)渥兣c過渡變形111)蠕變與過渡變形212)蠕變與過渡變形313)蠕變失穩(wěn)腐蝕環(huán)境加速的開裂14)

US,U1)USU,S2)SU

疲勞環(huán)境加速的疲勞

UU

載荷類型

短期載荷長期載荷循環(huán)載荷失效形式單個施加多個施加283.直接方法

用直接方法來進行結(jié)構(gòu)的各種失效機理分析是歐盟標準在分析設(shè)計中的最大特點。同時，也保留了傳統(tǒng)的應(yīng)力分類方法，應(yīng)用于薄殼等簡單結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計。根據(jù)標準所涉及的，每一個相應(yīng)的失效模式，都有一個相應(yīng)的設(shè)計校核，每一種設(shè)計校核代表一種或多種失效模式。EN13445所包括的失效：總體塑性變形（GPD）漸增塑性變形（PD）失穩(wěn)（I）疲勞（F）失去靜平衡（SE）3.直接方法用直接方法來進行結(jié)構(gòu)的各種失效機理分析是歐盟293.1總體塑性變形（GrossPlasticDeformationGDP）

原理對每一個載荷工況，載荷的設(shè)計值或載荷組合的設(shè)計值應(yīng)當通過一個設(shè)計模型來表達，該設(shè)計模型要遵循以下原則：

3.1總體塑性變形（GrossPlasticDefor301）

材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；2）

服從tresca屈服準則（最大切應(yīng)力準則）和相關(guān)聯(lián)流動準則；3）

設(shè)計強度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；4）

部分安全系數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；5）

對所有載荷的按比例增加和無應(yīng)力初始狀態(tài)的無應(yīng)力集中模型，主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大絕對值應(yīng)當小于——5%正常操作載荷工況——7%試驗載荷工況1）材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；31DearMrWenxian,

The5%arefromapuristpointofviewarbitrary.MainlywewantedauniqueanswerforaDBAperformedbydifferentpeople,withdifferentsoftware,differentpatienceetc.Inourfirstdraftwedidusethetangentintersectionapproach-i.e.weusedasdesignvalueforwhatwethenstillcalledresistancethevalueoftheactioncorrespondingtotheintersectionofthetangentintheelasticregimeandthetangentintheplasticregimefoeavaluewhichresultedinaplasticdeformationofnotmorethan5%.Thisleadtotwoproblems:Asyouknowthisfunctionsproperlyonlyiftheactioniscombinedinthisdiagramwithadeformationmeasurethatcorrespondstotheactionandthemultiplicationofwhichwiththeactiongivesthecorrespondingwork.thatsoundseasytheoreticallyforanactionbeingaforceoramoment,butisdifficultinpracticewhendealingwithpressure-thecorrespondingmeasurewouldbethevolumechange!DearMrWenxian,

The5%arefr32Thetwice-elastic-slopeapproach,usedbysomeresearchers,hadbeenshowntobeusableonlyinspecialcases.Thereremainedonlyoneusefulmeasureasabreak-uppoint-theplasticstrain.Sincewearedealingwithactionsclosetothefullyplasticlimit,whereaction-deformationcurvesarealreadyflat,thevalueitselfisnotofmajorimportance,ithastobelargeenoughtousetheadvantagesofDBAalmostfully,andithastobesmallenoughtolimitcomputationtime.Sincewewerealreadydiscussingonalimitforcreepstrain,andhadagreedon5%forthat,weusedthesamevalue.Sinceinthisregionelasticstrainconcentrationstendtodisappearbyplasticdeformation,andsincewewantedtomakeFEAeasy,allowfortheuseofplateandshellelements,welimitedthestructuralstrain.

WithkindregardsZemanThetwice-elastic-slopeapproa33應(yīng)用準則：下限極限法如果能夠表明在該準則里用給定的設(shè)計模型確定的任何載荷或載荷組合的下限極限值都能夠達到而不違反應(yīng)變限定，如果載荷或載荷組合的設(shè)計值沒有超過下限極限值，那么，就可以滿足該準則。應(yīng)用準則：下限極限法343.2漸增塑性變形（ProgressivePlasticDeformationPD）

原理對于載荷循環(huán)應(yīng)當通過一個設(shè)計模型來表達，確保漸增塑性變形不發(fā)生。該設(shè)計模型要遵循以下原則：1）準守小變形理論；2）

材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；3）

服從vonMises屈服準則，（最大變形能準則）和相關(guān)聯(lián)流動準則；4）

設(shè)計強度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；注：在設(shè)計校核里，所有的部分安全系數(shù)等于1，設(shè)計值和設(shè)計函數(shù)都等于特征值和特征函數(shù)。

3.2漸增塑性變形（ProgressivePlastic35應(yīng)用準則1

：技術(shù)適應(yīng)（Technicaladaptation）如果能夠表明在對考慮的載荷工況作用給定的循環(huán)數(shù)后，主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大絕對值不超過5%，那么就說滿足該準則。如果沒有給定循環(huán)數(shù)，那么就可以假定一個合理可行的循環(huán)數(shù)，如至少500次循環(huán)。這樣，就能夠滿足相應(yīng)的原理。應(yīng)用準則2：安定如果等效無應(yīng)力集中模型在循環(huán)載荷作用下能夠安定到線彈性行為，那么，就說，能夠滿足相應(yīng)的原理。應(yīng)用準則1：技術(shù)適應(yīng)（Technicaladaptat363.3失穩(wěn)（InstabilityI）

原理對每一個載荷工況，一個載荷或載荷組合的設(shè)計值將不大于以5%對最大主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的限定獲得的相應(yīng)的屈曲強度的設(shè)計值。設(shè)計模型要求遵循以下原則：1）按照在EN13445-4:2002中或者在圖紙上給定的許用的偏移，來根據(jù)臨界（經(jīng)典的或分叉）屈曲形狀或偏離來進行預(yù)變形處理；2）材料本構(gòu)關(guān)系為線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；3）服從VonMise屈服條件和相關(guān)聯(lián)流動準則；4）設(shè)計強度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；5）所有載荷比例加載；3.3失穩(wěn)（InstabilityI）原理376）初始狀態(tài)為無應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計值將由曲屈強度除以相應(yīng)的部分安全系數(shù)來確定。應(yīng)用準則1

根據(jù)試驗結(jié)果對給定的載荷工況如果相應(yīng)的試驗結(jié)果可以使用的話，下列的應(yīng)用準則可以使用：如果一個載荷或載荷組合的設(shè)計值不大于基于試驗觀察得到的期望的失效值范圍的下限，那么，該原理就能夠滿足。試驗將包括形狀偏差的影響。試驗結(jié)果將和具有試驗確定的削減系數(shù)的理論模型相關(guān)聯(lián)。這樣一個理論模型將包括在彈性范圍內(nèi)的曲屈失效，并將計算的應(yīng)力與屈服應(yīng)力相比較，也可以包括形狀缺陷的影響。設(shè)計形狀的偏差就確保了形狀缺陷保持在試驗數(shù)據(jù)所包括的范圍。

6）初始狀態(tài)為無應(yīng)力狀態(tài)。38應(yīng)用準則2

第8款（針對壓力載荷）在第8款中給出的要求滿足了作為針對壓力載荷的穩(wěn)定性要求正常操作載荷工況下的設(shè)計校核a)

載荷的部分安全系數(shù)和組合準則，在b8.2.3中給定，（針對GDP-DC），另外，溫度載荷也將包括在所有的相關(guān)載荷工況里，它的部分安全系數(shù)是1.0。b)

材料強度參數(shù)見表8.2(對GPD-DC)。這些值可以直接使用，不需要乘以安全系數(shù)。c)

對曲屈強度的設(shè)計值的確定，部分安全系數(shù)將是：1.25如果壓力試驗（外壓）按照EN13445-5:200進行1.5其它情況，不按照EN13445-5:200進行應(yīng)用準則2第8款（針對壓力載荷）393.4疲勞失效（FatiguefailureF）原理針對壓力/溫度和變化載荷得到的破壞指標Dd的設(shè)計值將不超過1。應(yīng)用準則在EN13445標準的18款中給出了要求滿足作為對疲勞失效的校核標準在進行結(jié)構(gòu)疲勞分析時，定量考慮了溫度、表面粗糙度、厚度、平均應(yīng)力的影響，對母材和焊接材料給出了不同的評定方法。相應(yīng)地，分別給出了母材和焊接材料的疲勞設(shè)計曲線。3.4疲勞失效（FatiguefailureF）403.4靜平衡（StaticrequirementsSE）

原理結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定的載荷的設(shè)計響應(yīng)小于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定載荷的設(shè)計響應(yīng)。設(shè)計校核a)載荷部分安全系數(shù)在表B8.2.和B8.4給出（針對GDP-DC）。如果使用了（區(qū)域指定的數(shù)據(jù)）特征值，就有必要對載荷使用不同的部分安全系數(shù)，來維持所有的安全要求。對于靜平衡的確認，由穩(wěn)定（有利的）載荷的下限設(shè)計值表示，以及不穩(wěn)定（不利）載荷的上限設(shè)計值表示。依據(jù)從下列載荷導(dǎo)致的穩(wěn)定與不穩(wěn)定可將永久載荷由適當?shù)脑O(shè)計值來表示，3.4靜平衡（Staticrequirements41——一個單個的永久載荷的有利和不利部分和（或）——不同的永久載荷無關(guān)結(jié)構(gòu)或由不同結(jié)構(gòu)材料制造的非結(jié)構(gòu)單元的自重將作為單獨的永久載荷處理。均質(zhì)結(jié)構(gòu)的自重將作為單個永久載荷處理。必要的結(jié)構(gòu)相似部分的自重（或者必要的單一的非結(jié)構(gòu)單元的自重）將作為單個永久載荷的單獨的有利或不利部分來處理?！粋€單個的永久載荷的有利和不利部分和（或）42b)組合準則對穩(wěn)定影響，只有能夠可靠的認為能夠出現(xiàn)在考慮的情況下的那些載荷才能夠包括在相關(guān)的組合中；變化載荷將應(yīng)用到變化載荷增加穩(wěn)定性效果的場合，而在變化載荷增加不穩(wěn)定效果的場合忽略它。要考慮非結(jié)構(gòu)單元被忽略或除去的可能性。變化載荷的有利影響不需要考慮在幾何尺寸的值的不確定性影響靜平衡確認的場合，尺寸將通過在確認中最有可能達到的最不利的值來表示。b)組合準則434.非直接方法（應(yīng)力分類法）4.1目的4.2術(shù)語和定義4.3應(yīng)力的分解4.4確定應(yīng)力相關(guān)方法的要求及選擇4.5應(yīng)力分類4.非直接方法（應(yīng)力分類法）4.1目的444.1目的1）作為規(guī)則設(shè)計的替代物；2）作為在下列情況下對規(guī)則設(shè)計的補充：——規(guī)則設(shè)計不包括的情況；——所涉及到環(huán)境載荷疊加的情況；——超出了在EN13445-4:2002第5款中給出的制造偏差的意外情況，在這樣的情況下，任何超過偏差極限的偏離都要在文件中清楚的標注；——作為分析設(shè)計直接方法的替代物。4.1目的454.2術(shù)語和定義

EN13445在應(yīng)力分類法中的一些基本術(shù)語和定義與目前使用的美國ASME規(guī)范、英國BS5500和中國的JB4732—95《鋼制壓力容器——分析設(shè)計標準》基本一致。如總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)；一次應(yīng)力，二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力、等效應(yīng)力

4.2術(shù)語和定義464.3應(yīng)力的分解歐盟標準EN13445將應(yīng)力處理線的概念正式納入標準，并給出了具體的應(yīng)力線性化方法。應(yīng)力支撐線概括起來說，應(yīng)力的分解，將通過沿壁厚的一條線段即應(yīng)力支撐線來進行的。應(yīng)力支撐線的長度e，是連接器壁內(nèi)外表面的距離最小的線段，見圖。在遠離總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)的區(qū)域，應(yīng)力支撐線是垂直于器壁的中面，其長度e所分析處的壁厚。具體的線性化過程分兩步：第一步是選擇一條應(yīng)力分類線。該線是連接所選結(jié)構(gòu)危險部位兩個表面的最短線。對于遠離結(jié)構(gòu)不連續(xù)的區(qū)域，該線垂直于兩個表面，其長度等于殼體厚度。4.3應(yīng)力的分解47歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準概述48第二步是將應(yīng)力沿這條線線性化處理。將容器各計算部位應(yīng)力，按選擇的危險截面把各應(yīng)力分量沿該應(yīng)力分類線進行均勻化和當量線性化處理，然后進行應(yīng)力分類評定。均勻化處理后的平均應(yīng)力屬于薄膜應(yīng)力，當量線性化處理后，應(yīng)力的線性部分屬于二次應(yīng)力，剩余的非線性部分屬于峰值應(yīng)力。1）薄膜應(yīng)力

薄膜應(yīng)力分量是應(yīng)力沿壁厚e的平均值，

第二步是將應(yīng)力沿這條線線性化處理。將容器各計算部位應(yīng)力，按選492）彎曲應(yīng)力

彎曲應(yīng)力是沿壁厚線性分布的應(yīng)力成分：

由于分析設(shè)計中只考慮殼體內(nèi)外壁的最大和最小彎曲應(yīng)力，其值為

2）彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力是沿壁厚線性分布的應(yīng)力成分：由于分析503）線性化的應(yīng)力

線性化的應(yīng)力由薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力相加得到

4）非線性應(yīng)力

一點的應(yīng)力的非線性部分即峰值應(yīng)力是總應(yīng)力和線性化應(yīng)力的差

3）線性化的應(yīng)力線性化的應(yīng)力由薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力相加得到514.4確定應(yīng)力相關(guān)方法的要求及選擇線彈性假設(shè)基本應(yīng)力將按照線彈性假設(shè)來確定，并且滿足1）材料本夠關(guān)系是線彈性的，服從胡克定律；2）材料是各項同性的；3）小位移小變形（小變形理論）確定應(yīng)力方法選擇確定應(yīng)力的方法是制造商的責任，可以是數(shù)值法、分析法或試驗法。下列要求只與使用通過計算確定應(yīng)力的方法相關(guān)。當所研究的容器的組成部件可以劃分為殼和板的時候，使用一般的力學(xué)參數(shù)描述這些部件的計算4.4確定應(yīng)力相關(guān)方法的要求及選擇52方法一般來講（例如在一個截面沿著壁厚方向分布的線性應(yīng)變和應(yīng)力分布的總體變形和應(yīng)力結(jié)果），是可以接受的。

對于下列情況上述要求要明確：——對于在18款要做疲勞分析的容器不進行要求；——對要做如此分析的但不需要進行峰值應(yīng)力評定的容器或容器部件（例如在臨界疲勞區(qū)域所有的情況都是在焊縫連接處）；——要使用18款進行峰值應(yīng)力評定的容器或容器部件，可以使用適當?shù)膽?yīng)力集中系數(shù)，應(yīng)用到從這些方法倒出的線性化應(yīng)力中；方法一般來講（例如在一個截面沿著壁厚方向分布的線性應(yīng)變和應(yīng)力53厚壁容器或厚壁容器部件的分析，特別是存在熱載荷的情況下，可能要使用細化的子模型（兩維或三維連續(xù)介質(zhì)允許進行實際的沿壁厚的非線性應(yīng)力或應(yīng)變分布分析）；在所有的情況下，使用的方法的準確性或保守性是適合的來確保所要進行分析的計算出來的應(yīng)力的典型代表性。從這方面來講，建議使用試驗的或認可的方法。

厚壁容器或厚壁容器部件的分析，特別是存在熱載荷的情況下，可能544.5應(yīng)力分類通過分析確定的應(yīng)力將按照不同的類別進行分類，這些不同的應(yīng)力類型在C.2進行了定義。在某些情況下，這些定義的解釋可能有問題，在很大程度上，依據(jù)分析者的判斷。為了減少分類的困難，表C-2描述了這些分類，可以應(yīng)用到包含絕大多數(shù)情況的某些結(jié)構(gòu)上。在該表中給出的信息參考了按照C4.5中的要求計算的應(yīng)力。對于特定的幾何分布或載荷分布的分析，那些在這些表中的應(yīng)力分類是不合適的，允許將它們不按分類表的方法進行分類，只要替代的分類能夠按照C.2中給出的定義進行證實。4.5應(yīng)力分類55歐盟標準對大多數(shù)常見結(jié)構(gòu)在壓力、機械載荷和熱載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力進行了詳細的應(yīng)力分類。與ASME等規(guī)范相比，其應(yīng)力分類所涉及的結(jié)構(gòu)和作用載荷更廣，如對平蓋，ASME等規(guī)范只給出了內(nèi)壓作用下中心區(qū)及與筒體連接處的應(yīng)力及其分類，而歐盟標準則考慮了在內(nèi)壓、機械載荷、熱載荷、因約束或施加的位移等條件下中心區(qū)、與筒體連接處及平蓋開孔（接管有或無）的應(yīng)力及其分類。

歐盟標準對大多數(shù)常見結(jié)構(gòu)在壓力、機械載荷和熱載荷作用下產(chǎn)生的56謝謝大家！謝謝大家！57演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！58歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準概述

蘇文獻上海理工大學(xué)化工過程機械研究所2006年8月21日哈爾濱

歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準概述59前言

歐盟標準化委員會用了9年時間，起草了歐盟非直接接觸火焰壓力容器標準草案prEN13445。該草案于1999年提交各成員國評議。在2002年3月為歐盟成員國正式表決通過了修改后的標準EN13445，并于同年5月30日頒布了該標準第一版。

EN13445-3有兩個附錄介紹分析設(shè)計即附錄B和C。本文介紹歐盟壓力容器標準EN13445分析設(shè)計標準的思想思路和基本內(nèi)容。前言歐盟標準化委員會用了9年時間，起草了歐盟非直601歐盟對當前分析設(shè)計的考慮1.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問題1.2直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問題1歐盟對當前分析設(shè)計的考慮1.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的611.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問題基于應(yīng)力分類法（彈性方法）的分析設(shè)計要求將應(yīng)力分類成一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，再根據(jù)各類應(yīng)力對承壓設(shè)備失效的危害性的差異采用不同的設(shè)計準則加以限制。有限元分析是基于彈性理論而不是薄殼理論得到應(yīng)力數(shù)值解，如何將這些應(yīng)力數(shù)值解分類成一次應(yīng)力和二次應(yīng)力并進行評定就非常困難。在過去的40多年中，分析設(shè)計標準所涉及的分析設(shè)計方法未作原則上的調(diào)整和修改。同時應(yīng)力數(shù)值解的評定未作十分明確規(guī)定。1.1應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問題62

如何對應(yīng)力進行分類就成為分析設(shè)計重要的工作之一。早期的應(yīng)力分類方法主要是等效線性化處理法，包括：點處理法、線處理法和面處理法。后來，相繼提出了廣義的局部應(yīng)力應(yīng)變節(jié)點重新分布法、彈性補償法和一次結(jié)構(gòu)法等。分析設(shè)計最初引入時，在承壓設(shè)備設(shè)計中主要的分析方法是薄殼不連續(xù)分析，它是基于薄殼理采用有限元法進行承壓設(shè)備響應(yīng)分析計算后，由于有限元分析是基于彈性理論而不是薄殼理論得到應(yīng)力數(shù)值解，除殼體特別薄以外，應(yīng)力沿壁厚呈非線性分布。如何對應(yīng)力進行分類就成為分析設(shè)計重要的工作63

以Hechmer和Hollinger等為代表的美國壓力容器研究委員會（PVRC）開展了三維應(yīng)力數(shù)值解評估技術(shù)研究，但難以取得突破性進展。究其原因，是迄今為止仍未解決以下幾個問題：應(yīng)力分類線或面如何選擇哪些應(yīng)力分量應(yīng)當線性化三維有限元分析中的應(yīng)力如何線性化

641.2直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問題

分析設(shè)計規(guī)范中，優(yōu)先選擇彈性計算的是因為彈性分析簡單，手段成熟，計算成本低。但現(xiàn)在這些不是分析設(shè)計中要考慮的主要問題。分析設(shè)計中的非彈性分析方法就是采用極限分析及安定性分析的方法直接對載荷加以限制，而不對彈性名義應(yīng)力進行分類。1.2.1極限分析1.2.2塑性分析

1.2直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問題分析設(shè)651.2.1極限分析

極限分析是假設(shè)材料為理想彈塑性（或理想剛塑性）、結(jié)構(gòu)處于小變形狀態(tài)時，研究塑性極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特性。極限分析的上、下限定理可以用來確定結(jié)構(gòu)的極限載荷，通常是根據(jù)下限定理來求結(jié)構(gòu)的下限極限載荷。只有比較簡單的問題如軸對稱結(jié)構(gòu)的簡單容器、環(huán)板才能求得其極限載荷。對一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還無法求出極限載荷的解析解。數(shù)值解多數(shù)是根據(jù)有限元法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合而建立的。1.2.1極限分析極限分析是假設(shè)材料為理想彈塑66極限條件往往又是非線性的。因此，只有比較簡單的問題如軸對稱結(jié)構(gòu)的簡單容器、環(huán)板才能求得其極限載荷。由于塑性理論模型的復(fù)雜及解非線性方程的困難，到目前為止，對一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還無法求出極限載荷的解析解。隨著有限元技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的發(fā)展，近二十年來極限分析的數(shù)值方法獲得了迅速發(fā)展。目前已建立了多種有關(guān)的算法格式，除彈塑性有限元中的逐步加載法外，大多數(shù)格式主要是根據(jù)有限元法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合而建立的。極限條件往往又是非線性的。因此，只有比較簡單的問題如軸對稱結(jié)67為了克服彈塑性增量有限元法的困難，提出了許多求極限載荷的簡化分析方法：R.Seshadri提出的廣義的局部應(yīng)力應(yīng)變節(jié)點重新分布法[GLOSS]與真實的極限載荷差別較大D.

Mackenzie和J.T.Boyle首先提出的彈性補償法求得極限載荷的值比用彈塑性分析求得的值小11%~20%，其準確性受網(wǎng)格密度和單元階的影響非常大數(shù)學(xué)規(guī)劃法理解比較困難，有限元程序的編寫也困難

為了克服彈塑性增量有限元法的困難，提出了許多求極限載荷的簡化681.2.2塑性分析

承壓設(shè)備的塑性分析，就是通過采用試驗或非線性有限元法計算而獲得結(jié)構(gòu)上關(guān)鍵部位的載荷—應(yīng)變(或變形)曲線，然后采用不同的準則確定塑性載荷。根據(jù)載荷—應(yīng)變(或變形)曲線確定塑性載荷值的準則主要有：0.2%殘余應(yīng)變準則、兩倍彈性變形極限準則、1%塑性應(yīng)變準則、兩倍彈性斜率準則、雙切線準則、零曲率準則等。1.2.2塑性分析承壓設(shè)備的塑性分析，就是通過69（1）雙切線準則該準則是由Save提出的。該準則的不足之處是切線交點不位于載荷—變形曲線上，根據(jù)此準則確定的塑性載荷是通過外推的方法（2）1%塑性應(yīng)變準則該準則是由Townley等提出的。用該準則確定承壓設(shè)備的塑性載荷與所選承壓設(shè)備的測量點的位置關(guān)系極大。（3）兩倍的彈性變形準則ASME鍋爐壓力容器規(guī)范第VIII篇1974年版曾采用該方法作為設(shè)計準則。求出來的塑性載荷誤差比較大。

（1）雙切線準則70（4）兩倍的彈性斜率準則自1975年至今，ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范一直采用的準則。的分散性。但多數(shù)情況下塑性載荷值偏于保守。Kirkwood和Moffat對受內(nèi)壓作用的直徑相等的三通結(jié)構(gòu)進行了極限載荷的計算，得出對于給定的結(jié)構(gòu)按兩倍的彈性斜率準則得到的塑性載荷是不確定的。ArtursKalnlns和DeanP.Updike對承受內(nèi)壓作用的錐形封頭、碟形封頭與球冠形封頭進行了塑性分析，認為：對同一構(gòu)件，當選用不同的載荷—應(yīng)變（或變形）曲線時，按兩倍的彈性斜率準則確定的塑性載荷誤差最大。（4）兩倍的彈性斜率準則71（5）0.2%殘余應(yīng)變準則該準則曾經(jīng)被ASME1971年版采用。在由實驗確定載荷—最大應(yīng)變曲線時，由于最大應(yīng)變不易直接測出，故此法實用性并不強。（6）Demir&Drucker

準則Demir和Drucker于1963年建議取實驗極限載荷為實際位移等于彈性響應(yīng)變形（即假設(shè)材料仍為初始彈性響應(yīng)時的變形）的三倍時的載荷。此定義的實質(zhì)就是三倍彈性斜率準則。（7）三倍彈性變形準則Schroeder將彈性響應(yīng)的變形取為切線交點變形，并定義塑性載荷為載荷—變形曲線上測定變形等于3倍彈性變形時的載荷。（5）0.2%殘余應(yīng)變準則72（8）塑性功準則該準則是由Gerdeen于1979年提出的。他建議參數(shù)選擇原則是：載荷參數(shù)與相對應(yīng)的變形參數(shù)的乘積表示功，例如：力和位移、彎矩和轉(zhuǎn)角。這時，載荷—變形曲線下的面積就表示載荷對容器所做的功，總的功由彈性功和塑性功組成。塑性功可以用來判斷在確定塑性載荷時的變形參數(shù)。9）零曲率準則

該準則是由陸明萬教授等提出的，作為對雙切線準則的改進。是一個不含任何人為系數(shù)的準則。（8）塑性功準則73上面提到的確定塑性載荷準則都是根據(jù)載荷—變形曲線存在顯著塑性流動階段的特點，通過給出一定的系數(shù)，在曲線上做出一些特征線，以此來確定塑性載荷。這里就存在一個問題，即顯著的塑性流動階段是根據(jù)載荷—變形曲線上的某些特征來定性分析的，并沒有從量上進行分析。以下這些情況下并不能根據(jù)其膝部末端來表征顯著的塑性流動的開始。上面提到的確定塑性載荷準則都是根據(jù)載荷—變形曲線存在顯著塑74（1）在結(jié)構(gòu)存在幾何強化的情況下，對有些較薄的板殼結(jié)構(gòu)必須考慮大變形的效應(yīng)。（2）在結(jié)構(gòu)存在幾何弱化的情況下，若大變形引起幾何弱化效應(yīng)將出現(xiàn)彈塑性失穩(wěn)情況，（3）在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微弱局部垮塌的情況下，可能出現(xiàn)了兩個膝部。（4）對于同一結(jié)構(gòu)，按照不同的確定塑性載荷的準則計算的塑性載荷其結(jié)果差別較大。（1）在結(jié)構(gòu)存在幾何強化的情況下，對有些較薄的板殼結(jié)構(gòu)必須考75陸明萬教授等對帶徑向接管的球形容器通過內(nèi)壓試驗，根據(jù)零曲率準則來確定其塑性載荷，分析了布置在接管的同一平行圓但母線不同的兩組電阻應(yīng)變片的測量結(jié)果。理論上講，在各個測點處，它們的曲線本應(yīng)該相同，但因局部幾何形狀的影響，實測曲線卻具有不同形狀的膝部。

陸明萬教授等對帶徑向接管的球形容器通過內(nèi)壓試驗，根據(jù)零曲率準76圖帶徑向接管的球形容器圖帶徑向接管的球形容器77安定載荷的計算是基于Melan下限安定性理論和Koiter上限安定性理論。對在循環(huán)載荷作用下的理想彈塑性結(jié)構(gòu)，首先要找到一個殘余應(yīng)力場，再將殘余應(yīng)力場和循環(huán)作用的載荷引起的線彈性應(yīng)力場相疊加，疊加后的應(yīng)力場如果滿足處處不發(fā)生屈服的要求，則結(jié)構(gòu)就處于安定狀態(tài)。這就是Melan下限安定性理論。在塑性理論中，如果某一方法可以用來計算極限載荷，那么，只需經(jīng)過微小的修改就可以用來計算安定載荷。實際上，極限理論和安定理論是一樣的，只是載荷條件不同，極限理論適用于靜載荷，而安定理論適用于動載荷。1.2.3安定性分析

安定載荷的計算是基于Melan下限安定性理論和Koi782新概念

標準提出的一些新概念：原理和應(yīng)用準則載荷部分安全系數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變載荷響應(yīng)的設(shè)計校核強度的設(shè)計校核。2新概念標準提出的一些新概念：79（1）

原理和應(yīng)用準則原理是對給定的失效形式的概述、定義和基本要求，一般情況下，原理的基本要求和分析模型不能用其它的來替代。應(yīng)用準則是遵從原理并確定是否滿足其要求的過程。與原理不同的是，針對同一個原理，可以有多個符合相應(yīng)原理要求的應(yīng)用準則。

（1）原理和應(yīng)用準則原理是對給定的失效形式的概述80（2）載荷(action)與以前規(guī)范標準不同，歐盟標準中的載荷，指所有加在結(jié)構(gòu)上引起應(yīng)力或應(yīng)變的熱、機械量，如力、（包括壓力），溫度變化和施加的位移。載荷按隨時間的變化可分為四類：永久載荷(permanentactions)永久載荷包括結(jié)構(gòu)的自重、輔助設(shè)備及附件的重量等。變化載荷(variableactions)可變載荷包括對結(jié)構(gòu)施加的載荷、風(fēng)載荷和雪載荷，但不包括壓力和溫度及與確定它們相關(guān)的載荷。意外載荷(exceptionalactions)由于一次承載的失效導(dǎo)致二次承載的載荷及意外的地震載荷。壓力和溫度(pressuresandtemperatures)以及由它們起決定作用的相關(guān)的載荷。盡管這兩個量屬于變化載荷，但由于它們具有隨時間變化的特殊性能以及隨機的特點等，因此，將他們單獨化為一類載荷來考慮。

（2）載荷(action)與以前規(guī)范標準不同，歐81（3）部分安全系數(shù)分析的不確定性，不同的載荷種類及組合形式、不同的失效形式中結(jié)構(gòu)行為和產(chǎn)生后果的差異等都會給分析帶來一定的困難。為了綜合考慮這些因素的影響，歐盟標準引入了部分安全系數(shù)的概念。對不同的載荷，不同的載荷組合，不同的失效形式和不同的結(jié)構(gòu)，分別給予不同的部分安全系數(shù)。這些部分安全系數(shù)組成了結(jié)構(gòu)的總體安全系數(shù)即復(fù)合安全系數(shù)，以此來調(diào)整結(jié)構(gòu)的安全裕量。標準給出了各種載荷在不同條件下的部分安全系數(shù)。（4）（等效的）無應(yīng)力集中模型

（等效的）無應(yīng)力集中模型是一個等效的無局部應(yīng)力或應(yīng)變產(chǎn)生的理想結(jié)構(gòu)模型。（3）部分安全系數(shù)分析的不確定性，不同的載荷種類82（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)變在一個無應(yīng)力集中模型中的應(yīng)變。例如，考慮除了引起局部應(yīng)力或應(yīng)變集中的實際幾何形狀結(jié)構(gòu)模型這樣的理想模型中確定的應(yīng)變。結(jié)構(gòu)應(yīng)變包括了總體結(jié)構(gòu)的細節(jié)影響。如支管連接，原錐體和圓柱體的連接、筒體和封頭的連接、厚度的不連續(xù)，補強，帶有總體影響的設(shè)計形狀的偏離，例如圓柱殼體的不圓度，但是，不包括局部結(jié)構(gòu)細節(jié)中的缺口的影響，如笑的焊縫半徑處，焊趾、焊縫的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，小的（部分穿透）的開孔，或者局部的溫度場。

使用殼單元或者梁單元進行有限元分析，可以直接給出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。

（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)變在一個無應(yīng)力集中模型中的應(yīng)變。例如83（6）載荷響應(yīng)的設(shè)計校核載荷的設(shè)計響應(yīng)是在外部載荷作用下在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的載荷、內(nèi)力（廣義應(yīng)力）和應(yīng)變，它是設(shè)計載荷和結(jié)構(gòu)幾何尺寸的函數(shù)。載荷響應(yīng)的設(shè)計校核是在特定的載荷組合下，就結(jié)構(gòu)特定的極限狀態(tài)（代表一種或幾種失效形式），對結(jié)構(gòu)安全性的評定。在設(shè)計校核中，用設(shè)計載荷的特征值乘以相應(yīng)的部分安全系數(shù)，得到結(jié)構(gòu)的設(shè)計載荷，再求得相應(yīng)設(shè)計響應(yīng)值，將它和相應(yīng)的設(shè)計強度作比較。設(shè)計強度是對應(yīng)的載荷組合的結(jié)構(gòu)強度除以相應(yīng)的強度部分安全系數(shù)。（6）載荷響應(yīng)的設(shè)計校核載荷的設(shè)計響應(yīng)是在外部載84（7）失效模式和極限狀態(tài)主要的失效模式以及相關(guān)的極限類型列在表1上。最新的分類是按照載荷是短期作用、長期作用還是循環(huán)載荷來分的。極限狀態(tài)可以分為最終極限狀態(tài)和功能性極限狀態(tài)。最終極限狀態(tài)是與部件和容器的爆炸或垮塌相關(guān)，或者與可能危及生命，包括：總體塑性變形失效、疲勞引起的斷裂、容器或其部分不穩(wěn)定引起的垮塌。功能性極限狀態(tài)是部件或容器的超過了給定的功能性準則并且不能夠再滿足該準則的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。能極限狀態(tài)包括：能夠嚴重地影響容器的使用，包括機器或功能的正常作用，或者引起結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)單元的損壞的變形或位移。安全的其它結(jié)構(gòu)失效形式相關(guān)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

（7）失效模式和極限狀態(tài)85

載荷類型

短期載荷長期載荷循環(huán)載荷失效形式單個施加多個施加單個施加多個施加

脆性斷裂韌性破裂3)過度變形14)過度變形25)過度變形36)過度的局部應(yīng)變7)失穩(wěn)8)

UUS,U1)USUU,S2)

漸增塑性變形9)交變塑性10)

UU

蠕變破裂蠕變與過渡變形111)蠕變與過渡變形212)蠕變與過渡變形313)蠕變失穩(wěn)腐蝕環(huán)境加速的開裂

US,U1)USU,S2)SU

蠕變?nèi)渥兣c過渡變形111)蠕變與過渡變形212)蠕變與過渡變形313)蠕變失穩(wěn)腐蝕環(huán)境加速的開裂14)

US,U1)USU,S2)SU

疲勞環(huán)境加速的疲勞

UU

載荷類型

短期載荷長期載荷循環(huán)載荷失效形式單個施加多個施加863.直接方法

用直接方法來進行結(jié)構(gòu)的各種失效機理分析是歐盟標準在分析設(shè)計中的最大特點。同時，也保留了傳統(tǒng)的應(yīng)力分類方法，應(yīng)用于薄殼等簡單結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計。根據(jù)標準所涉及的，每一個相應(yīng)的失效模式，都有一個相應(yīng)的設(shè)計校核，每一種設(shè)計校核代表一種或多種失效模式。EN13445所包括的失效：總體塑性變形（GPD）漸增塑性變形（PD）失穩(wěn)（I）疲勞（F）失去靜平衡（SE）3.直接方法用直接方法來進行結(jié)構(gòu)的各種失效機理分析是歐盟873.1總體塑性變形（GrossPlasticDeformationGDP）

原理對每一個載荷工況，載荷的設(shè)計值或載荷組合的設(shè)計值應(yīng)當通過一個設(shè)計模型來表達，該設(shè)計模型要遵循以下原則：

3.1總體塑性變形（GrossPlasticDefor881）

材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；2）

服從tresca屈服準則（最大切應(yīng)力準則）和相關(guān)聯(lián)流動準則；3）

設(shè)計強度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；4）

部分安全系數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；5）

對所有載荷的按比例增加和無應(yīng)力初始狀態(tài)的無應(yīng)力集中模型，主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大絕對值應(yīng)當小于——5%正常操作載荷工況——7%試驗載荷工況1）材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；89DearMrWenxian,

The5%arefromapuristpointofviewarbitrary.MainlywewantedauniqueanswerforaDBAperformedbydifferentpeople,withdifferentsoftware,differentpatienceetc.Inourfirstdraftwedidusethetangentintersectionapproach-i.e.weusedasdesignvalueforwhatwethenstillcalledresistancethevalueoftheactioncorrespondingtotheintersectionofthetangentintheelasticregimeandthetangentintheplasticregimefoeavaluewhichresultedinaplasticdeformationofnotmorethan5%.Thisleadtotwoproblems:Asyouknowthisfunctionsproperlyonlyiftheactioniscombinedinthisdiagramwithadeformationmeasurethatcorrespondstotheactionandthemultiplicationofwhichwiththeactiongivesthecorrespondingwork.thatsoundseasytheoreticallyforanactionbeingaforceoramoment,butisdifficultinpracticewhendealingwithpressure-thecorrespondingmeasurewouldbethevolumechange!DearMrWenxian,

The5%arefr90Thetwice-elastic-slopeapproach,usedbysomeresearchers,hadbeenshowntobeusableonlyinspecialcases.Thereremainedonlyoneusefulmeasureasabreak-uppoint-theplasticstrain.Sincewearedealingwithactionsclosetothefullyplasticlimit,whereaction-deformationcurvesarealreadyflat,thevalueitselfisnotofmajorimportance,ithastobelargeenoughtousetheadvantagesofDBAalmostfully,andithastobesmallenoughtolimitcomputationtime.Sincewewerealreadydiscussingonalimitforcreepstrain,andhadagreedon5%forthat,weusedthesamevalue.Sinceinthisregionelasticstrainconcentrationstendtodisappearbyplasticdeformation,andsincewewantedtomakeFEAeasy,allowfortheuseofplateandshellelements,welimitedthestructuralstrain.

WithkindregardsZemanThetwice-elastic-slopeapproa91應(yīng)用準則：下限極限法如果能夠表明在該準則里用給定的設(shè)計模型確定的任何載荷或載荷組合的下限極限值都能夠達到而不違反應(yīng)變限定，如果載荷或載荷組合的設(shè)計值沒有超過下限極限值，那么，就可以滿足該準則。應(yīng)用準則：下限極限法923.2漸增塑性變形（ProgressivePlasticDeformationPD）

原理對于載荷循環(huán)應(yīng)當通過一個設(shè)計模型來表達，確保漸增塑性變形不發(fā)生。該設(shè)計模型要遵循以下原則：1）準守小變形理論；2）

材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；3）

服從vonMises屈服準則，（最大變形能準則）和相關(guān)聯(lián)流動準則；4）

設(shè)計強度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；注：在設(shè)計校核里，所有的部分安全系數(shù)等于1，設(shè)計值和設(shè)計函數(shù)都等于特征值和特征函數(shù)。

3.2漸增塑性變形（ProgressivePlastic93應(yīng)用準則1

：技術(shù)適應(yīng)（Technicaladaptation）如果能夠表明在對考慮的載荷工況作用給定的循環(huán)數(shù)后，主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大絕對值不超過5%，那么就說滿足該準則。如果沒有給定循環(huán)數(shù)，那么就可以假定一個合理可行的循環(huán)數(shù)，如至少500次循環(huán)。這樣，就能夠滿足相應(yīng)的原理。應(yīng)用準則2：安定如果等效無應(yīng)力集中模型在循環(huán)載荷作用下能夠安定到線彈性行為，那么，就說，能夠滿足相應(yīng)的原理。應(yīng)用準則1：技術(shù)適應(yīng)（Technicaladaptat943.3失穩(wěn)（InstabilityI）

原理對每一個載荷工況，一個載荷或載荷組合的設(shè)計值將不大于以5%對最大主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的限定獲得的相應(yīng)的屈曲強度的設(shè)計值。設(shè)計模型要求遵循以下原則：1）按照在EN13445-4:2002中或者在圖紙上給定的許用的偏移，來根據(jù)臨界（經(jīng)典的或分叉）屈曲形狀或偏離來進行預(yù)變形處理；2）材料本構(gòu)關(guān)系為線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；3）服從VonMise屈服條件和相關(guān)聯(lián)流動準則；4）設(shè)計強度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；5）所有載荷比例加載；3.3失穩(wěn)（InstabilityI）原理956）初始狀態(tài)為無應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計值將由曲屈強度除以相應(yīng)的部分安全系數(shù)來確定。應(yīng)用準則1

根據(jù)試驗結(jié)果對給定的載荷工況如果相應(yīng)的試驗結(jié)果可以使用的話，下列的應(yīng)用準則可以使用：如果一個載荷或載荷組合的設(shè)計值不大于基于試驗觀察得到的期望的失效值范圍的下限，那么，該原理就能夠滿足。試驗將包括形狀偏差的影響。試驗結(jié)果將和具有試驗確定的削減系數(shù)的理論模型相關(guān)聯(lián)。這樣一個理論模型將包括在彈性范圍內(nèi)的曲屈失效，并將計算的應(yīng)力與屈服應(yīng)力相比較，也可以包括形狀缺陷的影響。設(shè)計形狀的偏差就確保了形狀缺陷保持在試驗數(shù)據(jù)所包括的范圍。

6）初始狀態(tài)為無應(yīng)力狀態(tài)。96應(yīng)用準則2

第8款（針對壓力載荷）在第8款中給出的要求滿足了作為針對壓力載荷的穩(wěn)定性要求正常操作載荷工況下的設(shè)計校核a)

載荷的部分安全系數(shù)和組合準則，在b8.2.3中給定，（針對GDP-DC），另外，溫度載荷也將包括在所有的相關(guān)載荷工況里，它的部分安全系數(shù)是1.0。b)

材料強度參數(shù)見表8.2(對GPD-DC)。這些值可以直接使用，不需要乘以安全系數(shù)。c)

對曲屈強度的設(shè)計值的確定，部分安全系數(shù)將是：1.25如果壓力試驗（外壓）按照EN13445-5:200進行1.5其它情況，不按照EN13445-5:200進行應(yīng)用準則2第8款（針對壓力載荷）973.4疲勞失效（FatiguefailureF）原理針對壓力/溫度和變化載荷得到的破壞指標Dd的設(shè)計值將不超過1。應(yīng)用準則在EN13445標準的18款中給出了要求滿足作為對疲勞失效的校核標準在進行結(jié)構(gòu)疲勞分析時，定量考慮了溫度、表面粗糙度、厚度、平均應(yīng)力的影響，對母材和焊接材料給出了不同的評定方法。相應(yīng)地，分別給出了母材和焊接材料的疲勞設(shè)計曲線。3.4疲勞失效（FatiguefailureF）983.4靜平衡（StaticrequirementsSE）

原理結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定的載荷的設(shè)計響應(yīng)小于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定載荷的設(shè)計響應(yīng)。設(shè)計校核a)載荷部分安全系數(shù)在表B8.2.和B8.4給出（針對GDP-DC）。如果使用了（區(qū)域指定的數(shù)據(jù)）特征值，就有必要對載荷使用不同的部分安全系數(shù)，來維持所有的安全要求。對于靜平衡的確認，由穩(wěn)定（有利的）載荷的下限設(shè)計值表示，以及不穩(wěn)定（不利）載荷的上限設(shè)計值表示。依據(jù)從下列載荷導(dǎo)致的穩(wěn)