壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法的進(jìn)展研究

叢方龍，周 健

（大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116100）

壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法的進(jìn)展研究

叢方龍，周 健

（大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116100）

作為一種常見的工業(yè)特種設(shè)備，壓力容器的設(shè)計(jì)與制造，都有著相應(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)目前的實(shí)際情況來(lái)看，壓力容器的設(shè)計(jì)主要包括兩種方法，一種是依據(jù)規(guī)范所作出的“常規(guī)設(shè)計(jì)”；第二種則是根據(jù)應(yīng)力分析所進(jìn)行的“分析設(shè)計(jì)”。在進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)力分析設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以應(yīng)力分析報(bào)告為依據(jù)，并充分借助于近代分析計(jì)算工具與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，來(lái)提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可靠性。此外，通過(guò)分析設(shè)計(jì)，可以有效降低安全系數(shù)，有效降低了材料的應(yīng)用，運(yùn)輸費(fèi)用。以壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法作為研究中心進(jìn)行了討論，旨在為相關(guān)人士提供一定參考。

壓力容器；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)力分析

工業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的提升。壓力容器作為工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的一種設(shè)備，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是制造，都需要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行，現(xiàn)階段，我們?cè)谶M(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，所采用的標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下兩種類型，一種是依據(jù)規(guī)范所作出的“常規(guī)設(shè)計(jì)”；第二種則是根據(jù)應(yīng)力分析，所進(jìn)行的“分析設(shè)計(jì)”。其中，常規(guī)設(shè)計(jì)主要以我國(guó)GB150《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)ASME-Ⅷ-1《壓力容器建造》為代表的，而分析設(shè)計(jì)則主要以我國(guó)JB4732《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和美國(guó)ASME-Ⅷ-2《壓力容器建造——另一規(guī)則》為代表[1]。本文以應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法作為中心進(jìn)行了探討，以期為相關(guān)專業(yè)人士提供有效參考。

1 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方 法

就針對(duì)于社會(huì)工業(yè)來(lái)說(shuō)，壓力容器是一項(xiàng)非常重要的工具。其在發(fā)揮著重要作用的同時(shí)，也具有不可忽視的危險(xiǎn)性，對(duì)于人員的生命安全存在較大的影響，并且往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果。在這當(dāng)中，我們所說(shuō)的應(yīng)力，指的是因?yàn)槭艿酵饨鐥l件的影響，使得物體內(nèi)部的各個(gè)因素之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，并通過(guò)這種內(nèi)力，來(lái)抵抗外因的作用，使得物體在出現(xiàn)變形之后，能夠恢復(fù)到原先的位置，所以說(shuō)，壓力容器的應(yīng)力分析，是需要我們認(rèn)真探討的問(wèn)題。

從本質(zhì)上來(lái)講，應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法主要是以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面∶①需要對(duì)壓力容器和相關(guān)部件作出詳細(xì)的彈性應(yīng)力分析，并且，在進(jìn)行實(shí)際的分析過(guò)程中，所采用的主要是數(shù)值計(jì)算、理論分析以及試驗(yàn)測(cè)定等方法。②運(yùn)用極限載荷，來(lái)對(duì)一次應(yīng)力加以控制，并運(yùn)用疲勞壽命控制最大總應(yīng)力，這樣一來(lái)，就能夠有效的避免出現(xiàn)循環(huán)失效等問(wèn)題。③需要根據(jù)相應(yīng)的原則，來(lái)確定不用的危險(xiǎn)系數(shù)，并以此來(lái)明確各類應(yīng)力的最大極限值。

2 應(yīng)力分類法

在進(jìn)行實(shí)際的壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)力分類法是其中一項(xiàng)非常重要的組成部分，其主要包含以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)∶首先，因?yàn)橄嚓P(guān)的設(shè)計(jì)人員對(duì)于該方法比較熟悉，運(yùn)用起來(lái)也更加得心應(yīng)手。其次，在使用有限元軟件的基礎(chǔ)上，我們可以對(duì)任何形式或者結(jié)構(gòu)的壓力容器來(lái)作出相應(yīng)的應(yīng)力分析，所以其具有通用性特征。從某種意義上來(lái)說(shuō)，在應(yīng)力分類法的等效線性化處理當(dāng)中，還新增加了一些關(guān)鍵性的內(nèi)容∶一方面，其開始將經(jīng)濟(jì)有效的數(shù)值分析法，充分的運(yùn)用在了分析設(shè)計(jì)方法當(dāng)中，并對(duì)實(shí)施步驟進(jìn)行了明確的規(guī)范。另一方面，其在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，也還存在著各種問(wèn)題。

3 應(yīng)用有限元分析軟件開展應(yīng)力分析

就針對(duì)于傳統(tǒng)的壓力容器來(lái)說(shuō)，其所運(yùn)用的設(shè)計(jì)方法，主要就是把簡(jiǎn)單計(jì)算出來(lái)的玩去應(yīng)力或者薄膜應(yīng)力，與許用應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析，并以此來(lái)進(jìn)行壁厚的設(shè)計(jì)。這樣一來(lái)，雖然能夠有效的降低程序的復(fù)雜性，但是實(shí)際的結(jié)果常常難以滿足受力需要。在實(shí)際的工作條件下，壓力容器不但會(huì)受到一次薄膜應(yīng)力，同時(shí)也會(huì)受到熱應(yīng)力，彎曲應(yīng)力等。因此，在壓力容器的分析方法當(dāng)中，數(shù)值分析法是非常重要的一種分析方法。就針對(duì)于應(yīng)力來(lái)說(shuō)，其主要包括一次應(yīng)力、二次應(yīng)力與峰值應(yīng)力三個(gè)部分。在這當(dāng)中，一次應(yīng)力主要是指在外荷載基礎(chǔ)上，為了能夠滿足基本的平衡條件，所引起的法向應(yīng)力與剪應(yīng)力。而二次應(yīng)力則主要指容器的相鄰部件或者內(nèi)部部件之間因?yàn)榧s束作用所引起的法向應(yīng)力與剪應(yīng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

在工業(yè)領(lǐng)域中，壓力容器是一種常見的設(shè)備。在長(zhǎng)期的社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，隨著技術(shù)的不斷強(qiáng)化，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在日常生活中，并發(fā)揮著不可小覷的作用。因此，不管是壓力容器的設(shè)計(jì)還是制造，都已經(jīng)受到了社會(huì)的極大關(guān)注。因此，在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求設(shè)計(jì)者必須要對(duì)各種設(shè)計(jì)方法有一個(gè)充分的掌握，并不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，在滿足目標(biāo)的要求下，提出更加優(yōu)化的可行性方案，來(lái)方便其進(jìn)行更好的評(píng)價(jià)與分析，并以此找出最好的設(shè)計(jì)方案。

[1] 陸明萬(wàn)，壽比南，楊國(guó)義.壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法的進(jìn)展和評(píng)述[J].壓力容器，2009，（10）∶34-40.

Research Progress of Stress Analysis and Design Method for Pressure Vessel

Cong Fang-long，Zhou Jian

As a kind of common industrial special equipment，pressure vessel design and manufacture，have the corresponding norms and standards.As for the current actual situation，the pressure vessel design mainly includes the following two methods，one is based on the standard made by “conventional design”；the second is based on the stress analysis，design and analysis of “”.In the stress analysis of the actual design process，we should stress on the basis of analysis report，and make full use of modern technology to analysis and calculation and the corresponding experimental tools，to improve the scientificity and reliability of the design.In addition，through the analysis and design，can effectively reduce the safety factor，effectively reducing the application of materials，transportation costs.This paper discusses the design method of stress analysis of pressure vessel as the research center.

pressure vessel；design standard；stress analysis

TH49

B

1003-6490（2017）02-0103-01

2017-02-02

叢方龍（1988—），男，內(nèi)蒙古寧城人，助理工程師，主要研究方向?yàn)閴毫θ萜髟O(shè)計(jì)。