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

李迪

摘要：壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是壓力容器在使用過(guò)程中會(huì)受到制作反應(yīng)介質(zhì)壓力等多種荷載壓力的影響，要想使壓力容器在使用過(guò)程中能夠發(fā)揮出最大作用，并且提高其使用壽命，需要合理設(shè)計(jì)壓力容器的各種荷載，通過(guò)分析壓力容器在荷載作用下的用力變形，提出相關(guān)的改進(jìn)措施，有利于提高壓力容器的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：壓力容器;應(yīng)力分析;設(shè)計(jì)方法

壓力容器通常情況下是儲(chǔ)存液體、氣體的密封設(shè)備，在使用過(guò)程中需要承載一定的壓力，因此對(duì)壓力容器的安全性提出了更高的要求。合理分析壓力容器的應(yīng)力分析和選擇合適的設(shè)計(jì)方法非常重要。在確保壓力容器的正常使用的前提下，在最大程度上實(shí)現(xiàn)壓力容器的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。我國(guó)根據(jù)壓力容器的使用情況，出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)要求等。不斷對(duì)壓力容器進(jìn)行改進(jìn)，使壓力容器的設(shè)計(jì)，制造，檢驗(yàn)以及使用等環(huán)節(jié)都能得到充分保障，實(shí)現(xiàn)了壓力容器的迅速發(fā)展。

1壓力容器概述

1.1概念

壓力容器是指盛裝氣體或液體的設(shè)備，需要承載一定壓力的密閉設(shè)備。壓力容器主要包括：儲(chǔ)運(yùn)容器、反應(yīng)容器、熱換器以及分離器。

1.2用途

壓力容器的應(yīng)用非常廣泛，壓力容器在石油化工，能源工業(yè)，科研與軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)都是非常重要的設(shè)備。壓力容器一般包括筒體、封頭、法蘭、密封元件、開(kāi)孔和接管、支座等部分組成。另外，壓力容器還配有安全裝置、儀表設(shè)備以及配合生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)部原件，由于壓力容器是密封、承壓設(shè)備，因此在使用過(guò)程中容易發(fā)生爆炸，火災(zāi)等安全事故，從而造成人員傷亡和環(huán)境污染，因此需要合理運(yùn)用壓力容器，防止安全事故的發(fā)生。

2壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工具，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，但是壓力容器在使用過(guò)程中也存在一定的危險(xiǎn)性，會(huì)嚴(yán)重影響工作人員的人身安全以及周?chē)h(huán)境，如果壓力容器得不到較好利用，會(huì)造成嚴(yán)重后果。壓力容器應(yīng)力是指受到外界因素的影響，在物體內(nèi)部各種因素產(chǎn)生的相互作用，抵抗外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到原有位置，因此加強(qiáng)壓力容器的應(yīng)力分析是非常重要的研究課題。

用例分析設(shè)計(jì)方法主要是依據(jù)應(yīng)力分析來(lái)作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其中主要的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)壓力容器及其他部件進(jìn)行相應(yīng)的彈性應(yīng)力分析，在該過(guò)程中所采用的方法主要包括理論分析法、數(shù)值計(jì)算法、實(shí)驗(yàn)測(cè)定法等，這些方法的使用能夠得到正確的結(jié)果。

（2）利用極限荷載控制一次應(yīng)力，以及使用安定荷載來(lái)控制一次應(yīng)力加二次應(yīng)力所產(chǎn)生的疲勞壽命控制最大總用力，通過(guò)這兩個(gè)步驟可以有效防止壓力容器循環(huán)失效以及壓力容器整體塑性失效。

（3）根據(jù)壓力容器的相關(guān)原則確定不同危險(xiǎn)系數(shù)，從而可以明確各類(lèi)應(yīng)力的最大值。

3壓力容器應(yīng)力分類(lèi)法

應(yīng)力分類(lèi)法是壓力容器在進(jìn)行應(yīng)力分析設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)力分類(lèi)法主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，工作人員對(duì)應(yīng)力分類(lèi)法非常熟悉，在實(shí)際操作過(guò)程中較為方便，應(yīng)力分類(lèi)法的使用具有簡(jiǎn)單性;第二，在利用有限元分析軟件的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任何結(jié)構(gòu)任、何形式的壓力容器進(jìn)行應(yīng)力分析，因此應(yīng)力分類(lèi)法具有通用的特點(diǎn);第三，各類(lèi)應(yīng)力的極限已經(jīng)趨于保守水平上，因此壓力容器應(yīng)力分類(lèi)法是一種偏保守的設(shè)計(jì)方法;第四，應(yīng)力分類(lèi)法是壓力容器分析設(shè)計(jì)的主要方式。

應(yīng)力分類(lèi)法在壓力容器分析設(shè)計(jì)中有著非常重要的作用，應(yīng)力分類(lèi)法的等效現(xiàn)行化處理方法在應(yīng)用過(guò)程中新增了關(guān)鍵性?xún)?nèi)容，一方面，將數(shù)值分析法作為應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法中的主要方式，并且規(guī)范了主要的實(shí)施步驟。另一方面，在有限元分析計(jì)算結(jié)果上，明確等效線性化處理方法。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中盈利分類(lèi)法也存在很多問(wèn)題，比如在利用等效線性化處理方法時(shí)所得出的結(jié)果經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)模棱兩可的局面。

4利用有限元分析軟件進(jìn)行應(yīng)力分析

傳統(tǒng)的壓力容器設(shè)計(jì)方法是簡(jiǎn)單計(jì)算得到薄膜應(yīng)力或者彎曲應(yīng)力，利用單一的許用應(yīng)力來(lái)設(shè)計(jì)壓力容器壁厚，這樣的做法能夠減少?gòu)?fù)雜的程序，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)不符合實(shí)際生理情況。在壓力容器的工作條件下，不僅會(huì)受到薄膜應(yīng)力，還會(huì)受到彎曲應(yīng)力，熱影力等影響，因此在實(shí)際壓力容器的分析方法中，數(shù)值分析法是一種比較常見(jiàn)的方法。壓力容器的應(yīng)力分析主要包括：一次應(yīng)力、二次應(yīng)力以及峰值應(yīng)力。一次應(yīng)力是指在外荷載的基礎(chǔ)上，能夠滿(mǎn)足基本平衡條件的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。二次應(yīng)力是指壓力容器內(nèi)部部件與相鄰部件之間的結(jié)構(gòu)約束，自身結(jié)構(gòu)約束會(huì)引起法向應(yīng)力和剪應(yīng)力;峰值應(yīng)力式壓力容器內(nèi)部分結(jié)構(gòu)不連續(xù)或者局部熱應(yīng)力集中在一起，從而引起一次應(yīng)力與二次應(yīng)力之和的應(yīng)力增量，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，峰值應(yīng)力形成的過(guò)程中具有最高應(yīng)力值。采用第三強(qiáng)度理論可以進(jìn)行應(yīng)力分析和應(yīng)力分類(lèi)，因此對(duì)壓力容器內(nèi)進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)需要對(duì)第三強(qiáng)度理論進(jìn)行細(xì)化研究。隨著有限元分析軟件的不斷發(fā)展，有限元分析軟件的功能也在不斷完善，有限元分析軟件已經(jīng)成為彈性應(yīng)力分析的主要方式。利用等效線性化處理方法，可以使有限元分析軟件進(jìn)行應(yīng)力分析及評(píng)定，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，有限元分析軟件并不能直接得到應(yīng)力的表達(dá)公式，因此在進(jìn)行線性化時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)壓力容器的應(yīng)力點(diǎn)進(jìn)行分析從而得出應(yīng)力分布曲線，然后利用積分可以得出相應(yīng)值，在計(jì)算各項(xiàng)應(yīng)力。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)方法提出了更高的要求，不同的設(shè)計(jì)方法能夠?qū)崿F(xiàn)壓力容器的不同作用。因此，在實(shí)際使用過(guò)程中選擇合適的設(shè)計(jì)方法非常重要。不斷改善設(shè)計(jì)方法，能夠有效提高壓力容器的安全性和有效性。另外，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法中所存在的問(wèn)題，進(jìn)而提出相應(yīng)的解決措施，能夠有效提高壓力容器的發(fā)展。

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