一種自定義PVElite材料的簡(jiǎn)單方法

付雙全，馮增輝

（中昊（大連）化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116023）

1 軟件簡(jiǎn)介

PVElite是ASME標(biāo)準(zhǔn)第Ⅷ卷美國(guó)壓力容器建造規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)中非常重要的計(jì)算軟件。該軟件包現(xiàn)行版本（2012版）含的材料庫(kù)有ASME材料庫(kù)、PD5500材料庫(kù)和EN－13445材料庫(kù)。之所以該軟件中包含著三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的材料庫(kù)，是因?yàn)槊绹?guó)和歐盟等國(guó)家的經(jīng)濟(jì)來(lái)往密切，標(biāo)準(zhǔn)材料之間相互滲透，交互使用比較頻繁。

2 自定義材料的意義

近些年我國(guó)的壓力容器制造業(yè)迅速崛起，國(guó)標(biāo)壓力容器材料更是以物美價(jià)廉的特點(diǎn)逐漸進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)對(duì)外開(kāi)放，壓力容器行業(yè)的對(duì)外往來(lái)也日益頻繁。國(guó)內(nèi)的壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)都在更新，新標(biāo)準(zhǔn)都體現(xiàn)國(guó)際化的趨勢(shì)。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)壓力容器產(chǎn)品出口到國(guó)外，也有國(guó)外的企業(yè)在中國(guó)投資建廠……這樣，ASME的建造規(guī)則與中國(guó)材料的相互融入滲透是必然的趨勢(shì)。但是，目前的最新版本的PVElite材料庫(kù)中，仍然沒(méi)有系統(tǒng)的GB150材料庫(kù)。只有GB6554標(biāo)準(zhǔn)中的16MnR幾個(gè)厚度規(guī)格的材料，而且應(yīng)力曲線選取很簡(jiǎn)單，這個(gè)溫度－許用應(yīng)力曲線在現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法準(zhǔn)確的表現(xiàn)材料的真實(shí)應(yīng)力水平。因此，設(shè)計(jì)人員在用ASME標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，若使用的是GB150材料，則需要建立自己的材料應(yīng)力曲線。下面就簡(jiǎn)單的介紹一下在PVElite里面自定義材料的方法。

3 方法及步驟

3.1 選擇背景材料庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)

首先調(diào)出編輯材料對(duì)話框（Tools—edited／add Materials）選擇使用的背景材料庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。因?yàn)閲?guó)內(nèi)通常使用的是公制的單位，那么本文就以公制單位設(shè)置為例，英制單位也是一樣的方法。然后在自定義材料界面的Edit the Metric Database選項(xiàng)上打鉤。

圖1 編輯材料對(duì)話框

3.2 選擇一個(gè)特性相近的ASME標(biāo)準(zhǔn)材料

這里需要說(shuō)明一下，完整的定義一個(gè)材料所有的性能不太現(xiàn)實(shí)。因?yàn)樵贕B150的材料標(biāo)準(zhǔn)里面只能直接查到編輯的就是應(yīng)力的數(shù)據(jù)，而實(shí)際更多一些詳盡的參數(shù)和性能曲線，比如，材料的外壓應(yīng)力系數(shù)B曲線、彈性模量和熱膨脹系數(shù)等，有些選項(xiàng)是不能夠在軟件中直接輸入，只能選擇ASME對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)，所以在ASME第Ⅱ卷D篇 選擇相近材料的曲線來(lái)作為要定義材料的一些性能指標(biāo)是比較直接簡(jiǎn)單的方法。一般情況下，首先要選擇一個(gè)GB150和ASME相當(dāng)?shù)牟牧献鳛楸尘皝?lái)編輯。下面舉例說(shuō)明，例如我們要定義材料Q345R，首先知道在ASME材料標(biāo)準(zhǔn)里面，和它性能接近的材料是SA516－70。那么，我們就先在ASME材料庫(kù)里面找到SA516－70。操作如下：雙擊“＋”旁邊的按鈕，或者下拉菜單Materials—edit a PV Materials。

然后會(huì)出現(xiàn)圖2的ASME材料庫(kù)的列表，選擇SA516－70材料后，雙擊。或者選擇變綠色的對(duì)勾，這樣該材料就會(huì)被復(fù)制到要編輯的材料單里面。

圖2 ASME材料庫(kù)的列表

3.3 編輯材料

選擇好相近的材料后，我們以此為背景材料開(kāi)始編輯了。下面就以Q345R材料為例，簡(jiǎn)單介紹一下幾個(gè)主要的選項(xiàng)編寫(xiě)方法。如圖3所示。

Material Name：定義為Q345R，就是起個(gè)名字。

Listing＃：是灰色的，可以不管它，它表示自定義材料最終是在數(shù)據(jù)庫(kù)的哪個(gè)材料表中。

Chemical Composition：是碳鋼還是不銹鋼或者非鐵基材料等。

UNS Number：注意，這里面一定要把原編號(hào)刪除，否則會(huì)跟你借用的材料編號(hào)重復(fù)。

P Number，Group Number：是對(duì)材料厚度的分組，這個(gè)原則是按照ASME規(guī)范來(lái)的，就默認(rèn)可以。

Minimum Tensile Stress，Minimum Yield Stress：按照GB150標(biāo)準(zhǔn)來(lái)填寫(xiě)，是可編輯項(xiàng)目。

External Pressure Curve：外壓曲線，這個(gè)曲線我們只能根據(jù)ASME第Ⅱ卷D篇規(guī)定進(jìn)行選擇，圖4所示。所以這里選擇CS－2，那么這個(gè)曲線，我們上面提到過(guò)，不是Q345R的真實(shí)曲線，只是一個(gè)相近的曲線，所以設(shè)計(jì)者在進(jìn)行外壓校核的時(shí)候，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。

彈性模量和熱膨脹系數(shù)需要根據(jù)ASME第Ⅱ卷D篇 表TM－1和表TE－1查詢。

Minimum（Maximum）Thickness：是根據(jù)材料生產(chǎn)能力的，沒(méi)有限制，或者使用不超限的話，就寫(xiě)“－1”，表示無(wú)要求。

Creep Temperature：可以根據(jù)GB150標(biāo)準(zhǔn)查詢?cè)摬牧系娜渥儨囟取?/p>

MDMT Exemption Temperature：這一項(xiàng)是根據(jù)材料的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中是否進(jìn)行了沖擊試驗(yàn)，如果做了沖擊試驗(yàn)，那么就填寫(xiě)試驗(yàn)溫度，否則填“1”。

Product Form：鋼板選擇1，鍛件選擇2，無(wú)縫鋼管選擇3……

3.4 許用應(yīng)力的定義

在溫度－應(yīng)力表中，對(duì)應(yīng)GB150輸入對(duì)應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力就可以，中間溫度用內(nèi)插法計(jì)算，相應(yīng)的程序會(huì)生成該材料的溫度－應(yīng)力曲線圖。

上述的過(guò)程，就是一個(gè)簡(jiǎn)單的自定義材料的過(guò)程，定義完一個(gè)材料后，點(diǎn)擊按鈕Merge，或者下拉菜單Materials—Merge。這樣就把定義的材料加入到圖2的列表的最下面了。

4 其他注意事項(xiàng)

還需要注意的一個(gè)問(wèn)題是，定義完材料以后，需要檢查一下Configuration對(duì)話框中，Use Metric ASME Material Database是否選中，需要選中它才能在你使用材料的時(shí)候看見(jiàn)自定義的材料。如圖5所示。

圖5 自己定義的材料顯示

按照上述方法定義完材料后，如果你的計(jì)算程序發(fā)給另一個(gè)人，或者在另一臺(tái)電腦上打開(kāi)的時(shí)候，他找不到你自定義的材料。下面再介紹一下如何共享自定義材料，就是將路徑C：＼Program Files＼Intergraph CAS＼PVElite 2011＼System＿backup下的文件MatFile1和MatFile1M拷貝到要使用電腦的同路徑文件中覆蓋，如果定義的是英制單位材料，就拷貝MatFile2和MatFile2M。這樣，在另一臺(tái)電腦可以使用該材料庫(kù)，也能夠正確的打開(kāi)原來(lái)的計(jì)算程序。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上的定義材料過(guò)程是一個(gè)簡(jiǎn)單的、近似的材料定義，有些數(shù)據(jù)是我們借用相近材料的性能數(shù)據(jù)，與真實(shí)的材料性能會(huì)略有差別，所以設(shè)計(jì)者在使用的時(shí)候，應(yīng)該注意。該計(jì)算結(jié)果也是一個(gè)參考的結(jié)果，或者作為校核的數(shù)據(jù)，對(duì)于外壓設(shè)備的設(shè)計(jì)，可靠性可能還要低一些。

同時(shí)，我們相信隨著我國(guó)的壓力容器行業(yè)的發(fā)展，國(guó)標(biāo)的完整的材料庫(kù)將會(huì)編入PVElite的計(jì)算程序當(dāng)中，這是市場(chǎng)需要的必然結(jié)果。那時(shí)候，就可以準(zhǔn)確的使用國(guó)標(biāo)材料進(jìn)行壓力容器計(jì)算了。但是，總是新材料的發(fā)展在前，軟件更新在后，所以本文的方法在PVElite中一直會(huì)有效應(yīng)用。

［1］ 壽比南，李世玉，等.GB150－2011《壓力容器》［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012

［2］ ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)壓力容器分委會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國(guó)際性規(guī)范Ⅷ：第一冊(cè) 壓力容器建造規(guī)則［S］.北京：中國(guó)石化出版社，2010

［3］ ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)壓力容器分委會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國(guó)際性規(guī)范Ⅱ材料：A篇鐵基材料［S］.北京：中國(guó)石化出版社，2010

［4］ ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)壓力容器分委會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國(guó)際性規(guī)范Ⅱ材料：D篇性能［S］.北京：中國(guó)石化出版社，2010

［5］ 中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司.石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)便查手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2002