對壓力容器的機械強度可靠性設計的簡單探討

徐輝 李慶智

【摘要】 在壓力容器的設計中，機械強度的設計是非常關鍵的，一般情況下，科研人員在進行壓力容器的機械強度可靠性設計時，首先需要先進行模型建立，再將其套用到生活中，但是實踐表明這種簡單的可靠性設計在實際應用中不具有實用性和普遍性，壓力容器的機械強度可靠性設計往往需要根據容器實際情況進行。隨著壓力容器在生活中應用范圍的增加，人們對壓力容器的可靠性提出了更高的要求，目前壓力容器機械強度的可靠性設計已經成為科研人員研究的熱點問題。

【關鍵字】 壓力容器 機械強度 設計模型 存在問題 可靠性設計

在壓力容器的機械強度可靠性設計中，尺寸是設計需要重點參考的數據，科研人員必須根據不同壓力容器的實際情況對可靠性進行設計。可以將壓力容器的機械強度可靠性分為設計-生產-使用-保養等步驟[1]。機械強度的可靠性設計是一項較為復雜的過程，本文首先對壓力容器機械強度可靠性設計進行了簡單的分析，并進一步探討了進行壓力容器機械強度可靠性設計的方法。

一、壓力容器機械強度可靠性設計的理論基礎

1、可靠性含義。壓力容器可靠性是指其在特定的情況下，能夠讓使用功能滿足用戶的需求，并且在使用的過程不發生故障性質。與壓力容器機械強度可靠性存在密切關聯的因素有使用環境、環境溫度、消費者使用需求以及應力扥等，壓力容器機械強度的可靠性和壓力容器的使用時間存在密切聯系，隨著壓力容器使用時間的延長，壓力容器機械強度的可靠性逐漸降低，也正是由于有可靠性的存在人們才對壓力容器產生了使用壽命的認識[2]。無論是電子產品還是人們日常生活用品，研究可靠性都是非常有必要的。隨著國家經濟水平和人們生活質量的提升，人們對壓力容器的要求也越來越高，在科技發展的支持下，壓力容器可靠性得到了大幅度的提升，由于可靠性在一定程度上體現了一個國家的實力水平，因此產品的可靠性研究具有非常重要的意義。

2、理論基礎。根據國家標準，壓力容器設計應充分的考慮實際厚度和計算厚度的附加值。實際厚度的附加值是指筒體的腐蝕裕量和材料得到實際厚度誤差，材料的實際厚度誤差是根據材料標準中所規定的誤差范圍進行計算[3]，而筒體的腐蝕裕量則指的是壓力容器中所裝的物體對材料腐蝕速率的影響和對壓力容器的預期使用時間的計算等。通過長期實踐研究表明，我國大部分的壓力容器機械強度可靠性設計，在對使用壽命進行計算的彈性失效的中徑公式都是將其設為極限情況，計算并沒有考慮到腐蝕裕量，所以所得出的結果與實際存在差別。一般情況下壓力容器機械強度的可靠性設計可以分為6個步驟：（1）計算壓力容器的可靠度和強度系數；（2）根據公式計算出容器的故障概率；（3）利用所計算出故障概率計算壓力容器的可靠度；（4）計算出生產材料能夠承受的負載強度；（5）計算出壓力容器的應力均值；（6）利用計算出的各項結果確定壓力容器的預算厚度[4]。

二、進行壓力容器機械強度可靠性設計的基本方法

1、注重極限情況。在壓力容器使用的過程中，筒體的厚度會發生較大的變化，并且其也會在筒體應力的作用下發生一定的改變，所以進行壓力容器機械強度可靠性設計，需要充分的考慮壓力容器所裝物體對筒體的腐蝕速率。科研人員在應用公式對壓力容器使用過程中的筒體厚度進行計算時，必須注重可靠性受到破壞的情況：a、壓力容器筒體發生屈服失效；b、壓力容器筒體發生斷裂；科研人員必須仔細分析壓力容器在極限情況下失效問題，最大限度的提升壓力容器的抗壓值，提升壓力容器機械強度的可靠性。

2、精確計算壓力容器的筒體厚度。在二十世紀五十年代，科研人員在對路合金強度進行研究時，變證明了在實際條件中材料腐蝕深度的分布，隨著研究范圍的擴大，材料在實際情況下的腐蝕深度相應的研究成果也越來越多。所以在進行壓力容器腐蝕裕量計算時，可以計算出壓力容器最初的筒體厚度。如果某壓力容器的筒體厚度是23mm，根據蒙特卡羅的模擬方法可以計算出十年后該壓力容器的可靠性是0.9的五次方，大量實踐表明，壓力容器的厚度會隨著時間延長發生變化，但是需要注意的是，壓力容器在使用年限中應當保證可靠性在0.9五次方以上。

3、合理應用受壓材料。受壓材料對壓力容器機械強度可靠性的影響較大，因此受壓材料的應用應當根據介質腐蝕性強度、設計壓力進行計算，一方面受壓材料還會受到介質易燃、易爆特性的影響，壓力容器所使用的材料必須滿足國家規定的標準和實際應用的需求。另一方面，科學、合理的結構對壓力容器的可靠性也存在一定的影響，需要加以重視。

結語：現階段我國在壓力容器機械強度的可靠性設計方面較為隨意，沒有明確的規定。壓力容器機械強度可靠性設計的主要目的是確保壓力容器的機械強度能夠符合安全要求，外界環境、應力和經濟水平都是對壓力容器機械強度可靠性設計的考量，所以加強壓力容器機械強度的可靠性設計應當引起人們足夠的重視。

參 考 文 獻

[1]蔡克霞，王毅.壓力容器強度可靠性平均安全系數校核[J].哈爾濱工業大學學報，2003，35（12）：1496-1498.

[2]劉小寧，張紅衛，劉岑等.鋼制壓力容器靜強度可靠性設計的關鍵技術[C].//第七屆全國壓力容器設計學術會議論文集.2010：86-93.

[3]駱曉玲，劉亮亮.復合材料壓力容器的性能分析[J].機械設計與制造，2011，（5）：220-222.

[4]高炳軍，杜雅飛，劉鴻雁等.準等強度原則下壓力容器不連續區的優化設計[J].機械強度，2006，28（3）：438-441.