可靠性方法在壓力容器設計中的應用及探討

孫愛玉

摘 要：近幾年，我國的經濟水平在不斷提高，我國的科技水平也在一直提高，對壓力容器的強度要求及其載荷的測試水平也在不斷提高。根據在實際生產中測試得到的數據分析，壓力容器的強度與幾何尺寸都受到多種因素的影響。所以將可靠性方法引入到壓力容器的設計中十分有必要。本文對可靠性方法在壓力容器設計中的具體應用做出了描述和探討。

關鍵詞：可靠性方法；壓力容器設計；應用；探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.028

0 前言

我們平時一提起“可靠性”往往會聯想到比如“堅固牢靠”、“經久耐用”等詞語，這些詞語都反映了可靠性的重要性。壓力容器的應用十分廣泛，例如，石油化工設備、國防軍工裝備、核動力設施等等，這些應用都與國家利益與社會利益有著緊密的聯系，因此，壓力容器可靠性的研究十分重要，不僅是設備平穩運行的保障，更能保證社會經濟平穩健康的發展。

1 什么是可靠性

可靠性是指一件產品，在用戶使用的過程中，在一定時間內以及環境允許工作的情況下，滿足用戶的需求，發揮其最大功能，并且產品在工作過程中沒有故障。因此，產品的可靠性與諸多因素有關，例如濕度、溫度、壓強等環境因素，并且與用戶對產品功能的需求、使用時間等其它因素息息相關。所以對可靠性也可以這樣作出解釋：產品在一定時間內和一定條件下為用戶提供用戶需求的產品規定功能的能力。產品可以是正在研究開發或者已經投產銷售的設備或系統；條件包含貯存、運輸、使用、維護等外部環境要求，也包括對用戶使用規范化操作的技術要求；時間的定義比較廣泛，不僅是具體的使用時間，還可以是車輛行駛里程，軸承旋轉的轉數等等；功能即產品的技術指標。

2 壓力容器設計中可靠性方法的應用

對于壓力容器的制造來說，企業應該在研究設計壓力容器上下更大的功夫，將可靠性方法應用到壓力容器的設計上，在設計環節保證壓力容器能夠具有可靠性。

2.1 一些可靠性方法的應用

（1）可靠性數學的應用。可靠性數學是應用數學其中的一個重要分支，將各種可靠性問題建立成數學模型，運用運籌學以及概率學的方法和理論對其進行研究并解決，在進行壓力容器設計時，壓力容器故障的研究及其規律的統計，并對壓力容器的各種設計方案進行預測、評估，為壓力容器的設計提供理論依據。

（2）可靠性物理的應用。 可靠性物理應用在壓力容器設計時，針對壓力容器發生故障做出分析，研究其發生原理并進行檢測，建立起壓力容器的物理模型，對其失效模式做出進一步研究，并提出出糾正措施，使壓力容器的在設計時避開可能造成失效的原因，使其在設計結構上更加合理，提高壓力容器的可靠性。

（3）可靠性工程的應用。可靠性工程應用到壓力容器的設計當中，可以對壓力容器失效現象做出研究，分析其發生的概率，對失效現象作出預測，并對設計出的模型進行試驗并對試驗進行評估，并通過改變試驗參數，控制失效現象的發生。對壓力容器的設計過程進行管理，并對設計方案進行評審，使最終確定的方案更加合理、可靠[2]。

2.2 具體的應用描述

（1）在壓力容器的設計過程，可以對其中的參數部分或者全部隨機進行隨機變量處理，將可能遇到的各種因素全部考慮進去，并進行參數化處理，對其進行分析統計，根據有關數據建立數學模型，在設計時使用概率方法，對設計出來的壓力容器進行完整的描述，最終獲得接近真實情況的數據。運用可靠性方法進行壓力容器設計，就是將壓力容器設計過程用到的變量全部設為隨機變量，根據工作環境及實驗數據確定其特征和概率，再根據壓力容器重要性設計出可靠度最高的設計方案。

（2）進行壓力容器設計時，設計出來的方案都有可能失效，在零部件或設備上施加的一些物理條件，例如，熱載荷、機械載荷等條件，這些可能造成設計不成功的原因被稱為應力，在零部件或設備上存在的對抗這些因素的能力被稱為抗力，當抗力大于應力時，所設計出來的壓力容器相對可靠，反之則容易失效。

（3）設計制定一定的可以衡量設計壓力容器是否可靠的數值標準，這在評價壓力容器的設計是否可靠十分有必要，所制定的數值標準既作為形容壓力容器可靠性的參數，也是作為定量化的尺度對可靠性做出衡量。

（4）在實踐中可以看出，壓力容器可靠性的標準不是單一的，由許多性能標準共同表示。壓力容器從開始工作到失效的時間，壓力容器能夠完成標準性能的概率，壓力容器某一瞬時發生故障的概率等等，都是壓力容器的性能指標，根據具體的需求，選擇具有代表性的指標來表示壓力容器的可靠性是比較準確的[3]。

3 在壓力容器設計過程中影響可靠性的不穩定因素

運用可靠性方法設計壓力容器不僅可以節約原料，更能量化的反映壓力容器設計方案失效的概率，也就是壓力容器的可靠程度。在對可靠度進行計算和分析時，多數時候都會認為所用設計變量是隨機變量，而且這種隨機變量的分布是正態分布，對具有正態分布的強度與應力的隨機變量進行分析比較簡單。在壓力容器設計制造的過程中，影響產品強度的原因較多，原料本身的物理化學性質，加工工藝，試驗環境及實驗方法，選取的部位等等，但也正是如此，才使得強度具有統計性。通過大量的試驗測試得到的數據顯示，壓力容器的強度描述可以用正態分布。因此，在應力的分布呈對數正太分布時，就不能按照應力分布是正態分布的設計方法進行設計，否則將不能保證設計的可靠性。最后還應根據設計時遇到的具體問題進行有針對性的分析，切、切忌以偏概全。

4 結語

壓力容器的設計工作是較為系統的且非常復雜的，因此在設計的過程中使用可靠性設計方法是很有必要的，不僅能夠使壓力容器設計的可靠性得到保證，還能使壓力容器最終在使用時的可靠性得到提高，并且在保證壓力容器質量的前提下降低生產成本，提高企業利潤。因此，設計人員應該在工作中不斷積累經驗，對可靠性方法不斷進行研究與完善。

參考文獻：

[1]于洪峰，劉寶晶.可靠性方法在壓力容器設計中的應用[J].科技致富向導，2015（05）：251.

[2]陸江麗.可靠性方法在壓力容器設計中的應用研究[D].西北大學，2007.

[3]黃心明.壓力容器設計中可靠性方法的應用探討[J].廣東科技，2014（10）：186+188.