对压力容器的机械强度可靠性设计的简单探讨

徐辉 李庆智

【摘要】 在压力容器的设计中，机械强度的设计是非常关键的，一般情况下，科研人员在进行压力容器的机械强度可靠性设计时，首先需要先进行模型建立，再将其套用到生活中，但是实践表明这种简单的可靠性设计在实际应用中不具有实用性和普遍性，压力容器的机械强度可靠性设计往往需要根据容器实际情况进行。随着压力容器在生活中应用范围的增加，人们对压力容器的可靠性提出了更高的要求，目前压力容器机械强度的可靠性设计已经成为科研人员研究的热点问题。

【关键字】 压力容器 机械强度 设计模型 存在问题 可靠性设计

在压力容器的机械强度可靠性设计中，尺寸是设计需要重点参考的数据，科研人员必须根据不同压力容器的实际情况对可靠性进行设计。可以将压力容器的机械强度可靠性分为设计-生产-使用-保养等步骤[1]。机械强度的可靠性设计是一项较为复杂的过程，本文首先对压力容器机械强度可靠性设计进行了简单的分析，并进一步探讨了进行压力容器机械强度可靠性设计的方法。

一、压力容器机械强度可靠性设计的理论基础

1、可靠性含义。压力容器可靠性是指其在特定的情况下，能够让使用功能满足用户的需求，并且在使用的过程不发生故障性质。与压力容器机械强度可靠性存在密切关联的因素有使用环境、环境温度、消费者使用需求以及应力扥等，压力容器机械强度的可靠性和压力容器的使用时间存在密切联系，随着压力容器使用时间的延长，压力容器机械强度的可靠性逐渐降低，也正是由于有可靠性的存在人们才对压力容器产生了使用寿命的认识[2]。无论是电子产品还是人们日常生活用品，研究可靠性都是非常有必要的。随着国家经济水平和人们生活质量的提升，人们对压力容器的要求也越来越高，在科技发展的支持下，压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体现了一个国家的实力水平，因此产品的可靠性研究具有非常重要的意义。

2、理论基础。根据国家标准，压力容器设计应充分的考虑实际厚度和计算厚度的附加值。实际厚度的附加值是指筒体的腐蚀裕量和材料得到实际厚度误差，材料的实际厚度误差是根据材料标准中所规定的误差范围进行计算[3]，而筒体的腐蚀裕量则指的是压力容器中所装的物体对材料腐蚀速率的影响和对压力容器的预期使用时间的计算等。通过长期实践研究表明，我国大部分的压力容器机械强度可靠性设计，在对使用寿命进行计算的弹性失效的中径公式都是将其设为极限情况，计算并没有考虑到腐蚀裕量，所以所得出的结果与实际存在差别。一般情况下压力容器机械强度的可靠性设计可以分为6个步骤：（1）计算压力容器的可靠度和强度系数；（2）根据公式计算出容器的故障概率；（3）利用所计算出故障概率计算压力容器的可靠度；（4）计算出生产材料能够承受的负载强度；（5）计算出压力容器的应力均值；（6）利用计算出的各项结果确定压力容器的预算厚度[4]。

二、进行压力容器机械强度可靠性设计的基本方法

1、注重极限情况。在压力容器使用的过程中，筒体的厚度会发生较大的变化，并且其也会在筒体应力的作用下发生一定的改变，所以进行压力容器机械强度可靠性设计，需要充分的考虑压力容器所装物体对筒体的腐蚀速率。科研人员在应用公式对压力容器使用过程中的筒体厚度进行计算时，必须注重可靠性受到破坏的情况：a、压力容器筒体发生屈服失效；b、压力容器筒体发生断裂；科研人员必须仔细分析压力容器在极限情况下失效问题，最大限度的提升压力容器的抗压值，提升压力容器机械强度的可靠性。

2、精确计算压力容器的筒体厚度。在二十世纪五十年代，科研人员在对路合金强度进行研究时，变证明了在实际条件中材料腐蚀深度的分布，随着研究范围的扩大，材料在实际情况下的腐蚀深度相应的研究成果也越来越多。所以在进行压力容器腐蚀裕量计算时，可以计算出压力容器最初的筒体厚度。如果某压力容器的筒体厚度是23mm，根据蒙特卡罗的模拟方法可以计算出十年后该压力容器的可靠性是0.9的五次方，大量实践表明，压力容器的厚度会随着时间延长发生变化，但是需要注意的是，压力容器在使用年限中应当保证可靠性在0.9五次方以上。

3、合理应用受压材料。受压材料对压力容器机械强度可靠性的影响较大，因此受压材料的应用应当根据介质腐蚀性强度、设计压力进行计算，一方面受压材料还会受到介质易燃、易爆特性的影响，压力容器所使用的材料必须满足国家规定的标准和实际应用的需求。另一方面，科学、合理的结构对压力容器的可靠性也存在一定的影响，需要加以重视。

结语：现阶段我国在压力容器机械强度的可靠性设计方面较为随意，没有明确的规定。压力容器机械强度可靠性设计的主要目的是确保压力容器的机械强度能够符合安全要求，外界环境、应力和经济水平都是对压力容器机械强度可靠性设计的考量，所以加强压力容器机械强度的可靠性设计应当引起人们足够的重视。

参 考 文 献

[1]蔡克霞，王毅.压力容器强度可靠性平均安全系数校核[J].哈尔滨工业大学学报，2003，35（12）：1496-1498.

[2]刘小宁，张红卫，刘岑等.钢制压力容器静强度可靠性设计的关键技术[C].//第七届全国压力容器设计学术会议论文集.2010：86-93.

[3]骆晓玲，刘亮亮.复合材料压力容器的性能分析[J].机械设计与制造，2011，（5）：220-222.

[4]高炳军，杜雅飞，刘鸿雁等.准等强度原则下压力容器不连续区的优化设计[J].机械强度，2006，28（3）：438-441.