壓力容器設計方法對比與應力分類

王翔

山東益源環(huán)保科技有限公司 山東棗莊 277800

1 壓力容器設計方法

1.1 可靠性方法

壓力容器設計中可靠性分析技術的引入得益于測試數(shù)據(jù)的積累和測試水平的提高。根據(jù)目前的觀點，無論強度、工作環(huán)境和幾何尺寸如何，壓力容器的指數(shù)參數(shù)都是基于隨機變量，這些因素對壓力容器的實際壽命有很大影響。今天，傳統(tǒng)設計和分析設計在安全系數(shù)方面進行了分析。由于壓力容器的類型和工作環(huán)境趨于多樣化，因此通過匯總實際經驗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水平的影響，壓力容器的安全系數(shù)不能均勻調整。為此，已經開發(fā)出一種用于設計壓力容器的方法并且已經逐漸改進[1]。

在可靠性設計中，例如傳統(tǒng)設計，應力和強度被認為是常數(shù)值，但通常將它們的標稱值用于設計計算。溫度，濕度，腐蝕和顆粒輻射等因素都會影響使用的壓力。另一方面，由于在諸如熔煉，鍛造，焊接，熱處理等加工時的加工精度的差異，材料和構件的強度離散地變化。通過在設計計算結果中應用安全系數(shù)來設計設計時，通常會考慮上述變化，在可靠性設計中，應力和強度參數(shù)用作隨機變量，測試數(shù)據(jù)和工作環(huán)境相應地確定分布特征。

1.2 設計方面的準則

（1）設計單位必須突出更好的指導和操作經驗，建立健全的質量保證體系，在相應的設計中實施；（2）壓力容器設計過程與生產有關。由于使用的原材料相對簡單，只有這樣，產品在操作過程中才能具有相應的壓力性能。（3）它會導致腐蝕并且毒性很大，導致非常糟糕的結果。（4）使用壓力容器時，必須保證使用壽命，但由于化學材料具有高腐蝕性，因此請考慮設計負責人。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，操作更方便的特點它沒有。壓力容器的設計需要確保其非常簡單且易于制造，此外，壓力容器應滿足各種特殊要求。

1.3 設計參數(shù)

概率設計中的參數(shù)主要有輸入和輸出兩個方面，概率設計與確定性設計的區(qū)別在于隨機因素的處理及其對計算結果的影響。隨機變量，用于檢查輸入參數(shù)對輸出的影響。后者直接使用輸入參數(shù)作為固定數(shù)量，并使用經驗確定的安全系數(shù)分析隨機系數(shù)對計算結果的影響[2]。在隨機設計模型中，一個或多個輸入參數(shù)可以用作隨機變量，并且隨機變量可以是獨立的或彼此相關的。不同的隨機變量也會影響輸出，但只要給出輸入變量的分布，計算的輸出就可以認為是可靠的。另一方面，確定性設計方法處理各種不確定性。根據(jù)經驗、安全系數(shù)進行描述。

2 應力的各種分類

2.1 一次應力

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

2.2 二次應力

在容器內，可以獲得正常或剪切應力，因為所有類型的部件都受約束或相鄰的部件受到約束。或者它與變形和調整所需的應力相匹配。首先，它與變形和調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，它與約束條件相結合可以次要應力公差應基于“穩(wěn)定”的概念，因為結構處于“穩(wěn)定”狀態(tài)，除非重復載荷，否則不會損壞。結構不連續(xù)處的熱應力和彎曲應力等局限性。

2.3 峰值應力

由于結構不夠連續(xù)，因此將其添加到初級和次級應力的總應力增量中。通常它們同時是自限性和局部化的并且不會整體變形，但它們通常是疲勞和脆性破壞的根本原因。在疲勞設計中，需要限制峰值應力。

3 兩類設計所具有的優(yōu)點及缺陷

許多國家仍然使用這種方法來設計壓力容器，因為傳統(tǒng)的設計方法非常簡單并且應用經驗非常充足。然而，這種類型的傳統(tǒng)設計也具有相應的缺點，即在部分應力達到原料的屈服極限之后，它沒有區(qū)分膜應力和殘余應力對容器強度的影響。在容器的大多數(shù)區(qū)域中，應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，并且還防止了應力的增加，從而不會發(fā)生彎曲。整個容器不會失敗。此外，傳統(tǒng)設計對于更苛刻的操作條件具有顯著的限制[3]。應力分析設計使用塑性破壞標準，穩(wěn)定載荷，極限載荷壽命等作為極限。這允許該結構產生可控的部分塑性區(qū)域并且還限制峰值應力位置的壽命設計。根據(jù)指南，可以更好地處理傳統(tǒng)設計中的缺陷，并且可以科學地減少對計算應力的嚴重限制。

4 結語

換句話說，壓力容器在很大程度上提高中國的經濟水平，所以，設計相關人員在對壓力容器進行設計期間，設計人員嚴格遵守國家頒布的設計規(guī)定和各種法律。壓力容器具有更好的安全性和可靠性，通過不斷提高設計人員的專業(yè)技能，壓力容器可以安全穩(wěn)定地運行。