對壓力容器的機械強度可靠性設計的探討

黃勝

摘 要：對于壓力容器的機械強度可靠性設計是壓力容器設計的主要環節之一，在一般情況下，科研人員對于壓力容器的機械強度可靠性設計主要是通過先建立模型，接著才讓其套用至現實生活的生產當中去。但是這樣隨意簡單的可靠性設計在實際生活中往往不具備普遍性和實用性，壓力容器的機械強度可靠性的設計往往需要密切依據容器的實際狀況來進行特殊性的設計，而不能一律地套用。隨著壓力容器在人們生活中的使用日益廣泛，人們對于其可靠性的要求也越來越高，因此，對于壓力容器的機械強度可靠性設計已經成為目前我國相關科研人員研究的重點課題之一。

關鍵詞：壓力容器；機械強度；可靠性設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.040

在壓力容器的機械強度可靠性的設計當中，壓力容器的大小是其設計需要重點參考的數據，科研人員需要充分考慮不同壓力容器的實際情況的不同，然后再對其可靠性進行符合其自身的設計，因此，壓力容器的機械強度可靠性主要劃分為設計、生產、使用、保養四大主要步驟。壓力容器的機械強度可靠性設計是一個極其復雜的過程，本文將主要針對其機械強度、可靠性的概述進行簡單的分析，并通過利用假設方法建立模型討論壓力容器機械強度的可靠性。

1 理論方法

1.1 可靠性設計的理論基礎

按照國家目前的標準，壓力容器的大小設計應該充分考慮其筒體的計算厚度和實際厚度的附加值兩大重要數據。實際厚度的附加值主要是指材料的實際厚度誤差以及筒體的腐蝕裕量，其中，材料實際厚度的誤差主要是以材料標準中規定的誤差范圍來進行統一計算的，而筒體的腐蝕裕量主要是指壓力容器所盛放的物體對于其材料腐蝕速率的影響以及預期使用壽命的平均值計算等。通過多次的實踐研究發現，在我國絕大部分壓力容器的機械強度可靠性設計過程中，筒體材料使用壽命的計算中，彈性失效的中徑公式的使用都假設為在極限情況下，接著便計算該極限情況下壓力容器筒體的預期使用壽命，在其計算中并未考慮到壓力容器筒體的腐蝕裕量，因此，在我國很多相關性的學術研究中壓力容器筒體使用壽命的計算往往只根據壓力容器以及其機械強度的可靠性。

1.2 可靠性設計的步驟

在一般情況下，壓力容器的機械強度的可靠性設計主要劃分成為六大主要步驟，第一步，計算壓力容器的強度系數以及其可靠度；第二步，按照計算公式得出壓力容器的故障概率F=I=R；第三步，利用前一個步驟得出的故障概率計算壓力容器的可靠度；第四，計算生產材料的所能承受負載的強度；第五，利用之前計算的可靠度并通過公式得出壓力容器的應力均值；最后，利用各項計算結果和測量數據確定壓力容器的預算厚度。

2 可靠性的簡述

2.1 可靠性的定義

壓力容器的可靠性主要是指在特定情況下，其使用功能不僅能夠滿足消費顧客的使用要求，并且在壓力容器的使用過程中不出現任何故障的性質。與壓力容器的機械強度可靠性密切相關的因素主要有溫度、使用環境、應力以及消費者的使用要求等。壓力容器的機械強度可靠性與壓力容器的使用時間息息相關，隨著使用時間的增長，壓力容器的可靠性也在不停地隨之降低，因此，可靠性的存在使人們對于壓力容器有了使用壽命的概念。

2.2 可靠性研究的實際意義

無論是日常用品還是電子產品，可靠性的研究對于其使用來說都十分重要，尤其是一些比較重要的產品，例如航空零件、武器裝備、電子產品等，其可靠性與一個國家的實力水平密切相關。隨著生活質量和經濟水平的發展，顧客對于壓力容器的可靠性開始提出了更加嚴格的要求，并且，隨著科學技術的發展，壓力容器的可靠性也有了很大的提升，由于產品的可靠性在個人生活和國家實力的體現上都著及其重要的作用，因此，產品可靠性的研究便有著其無可替代的特殊意義。

3 壓力容器的機械強度可靠性設計的基本方法

3.1 重視極限情況的存在

壓力容器在使用的過程中，其筒體的厚度會產生比較大的變化，與此同時，筒體在應力的作用下，也在隨之發生變化，因此，在壓力容器的機械強度可靠性設計過程中，需要充分考慮筒體所盛放的介質對于筒體腐蝕速率的作用，相關科研人員需要利用公式計算壓力容器在使用過程中筒體的實際厚度，與此同時，壓力容器的筒體在受到應力的情況下，可靠性受到破壞的情況有兩種，一種是壓力容器的筒體發生了屈服失效的情況，第二種情況是壓力容器的筒體產生了斷裂。因此，科研人員需要分析壓力容器在極限情況下發生的失效，在最大程度提升壓力容器的抗壓值，提高其可靠性。

3.2 精確壓力容器筒體的厚度計算

在上個世紀50年代，科研人員在研究路合金的強度時，證明了實際條件下材料的腐蝕深度的分布，后來，隨著研究范圍的不斷擴展，關于實際情況下材料腐蝕深度研究的成果也越來越顯著。因此，對于壓力容器筒體腐蝕裕量的完全可以計算，并可以計算出壓力容器筒體的最初厚度。根據蒙特卡羅的模擬方法可知，若壓力容器筒體的厚度為23毫米，則十年之后，壓力容器的可靠性為0.9的五次方。因此，通過大量的實踐分析證明，壓力容器筒體的厚度會隨著時間的增長而發生變化，但是需要保證的是，在壓力容器的使用年限中，其可靠性必須大于0.9的五次方。

3.3 受壓材料的合理使用

受壓材料的使用對于壓力容器的機械強度可靠性具有極其重要的影響，受壓材料的使用要根據設計壓力、外界環節、以及介質的腐蝕性強弱等，同時，介質易燃、易爆等特性都直接影響到受壓材料的采用，壓力容器的材料需要能滿足其工作是的工作要求以及國家的規定標準，同時，合理的結構對于壓力容器的可靠性也有著極其重要的影響。

4 結論

目前，我國壓力容器的機械強度可靠性設計都較為隨意，沒有對于壓力容器可靠性的明確要求，而以上的可靠性方法主要通過公式、假設等進行分析概括。壓力容器的機械強度可靠性設計的主要目的是為了時壓力容器的機械強度能夠達到安全水平，經濟水平、外界環境以及應力等都是對壓力容器的機械強度可靠性設計的最終考量，因此，壓力容器的機械強度可靠性設計具有極其重要的作用。

參考文獻：

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