可靠性方法在压力容器设计中的应用及探讨

孙爱玉

摘 要：近几年，我国的经济水平在不断提高，我国的科技水平也在一直提高，对压力容器的强度要求及其载荷的测试水平也在不断提高。根据在实际生产中测试得到的数据分析，压力容器的强度与几何尺寸都受到多种因素的影响。所以将可靠性方法引入到压力容器的设计中十分有必要。本文对可靠性方法在压力容器设计中的具体应用做出了描述和探讨。

关键词：可靠性方法；压力容器设计；应用；探讨

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

0 前言

我們平时一提起“可靠性”往往会联想到比如“坚固牢靠”、“经久耐用”等词语，这些词语都反映了可靠性的重要性。压力容器的应用十分广泛，例如，石油化工设备、国防军工装备、核动力设施等等，这些应用都与国家利益与社会利益有着紧密的联系，因此，压力容器可靠性的研究十分重要，不仅是设备平稳运行的保障，更能保证社会经济平稳健康的发展。

1 什么是可靠性

可靠性是指一件产品，在用户使用的过程中，在一定时间内以及环境允许工作的情况下，满足用户的需求，发挥其最大功能，并且产品在工作过程中没有故障。因此，产品的可靠性与诸多因素有关，例如湿度、温度、压强等环境因素，并且与用户对产品功能的需求、使用时间等其它因素息息相关。所以对可靠性也可以这样作出解释：产品在一定时间内和一定条件下为用户提供用户需求的产品规定功能的能力。产品可以是正在研究开发或者已经投产销售的设备或系统；条件包含贮存、运输、使用、维护等外部环境要求，也包括对用户使用规范化操作的技术要求；时间的定义比较广泛，不仅是具体的使用时间，还可以是车辆行驶里程，轴承旋转的转数等等；功能即产品的技术指标。

2 压力容器设计中可靠性方法的应用

对于压力容器的制造来说，企业应该在研究设计压力容器上下更大的功夫，将可靠性方法应用到压力容器的设计上，在设计环节保证压力容器能够具有可靠性。

2.1 一些可靠性方法的应用

（1）可靠性数学的应用。可靠性数学是应用数学其中的一个重要分支，将各种可靠性问题建立成数学模型，运用运筹学以及概率学的方法和理论对其进行研究并解决，在进行压力容器设计时，压力容器故障的研究及其规律的统计，并对压力容器的各种设计方案进行预测、评估，为压力容器的设计提供理论依据。

（2）可靠性物理的应用。 可靠性物理应用在压力容器设计时，针对压力容器发生故障做出分析，研究其发生原理并进行检测，建立起压力容器的物理模型，对其失效模式做出进一步研究，并提出出纠正措施，使压力容器的在设计时避开可能造成失效的原因，使其在设计结构上更加合理，提高压力容器的可靠性。

（3）可靠性工程的应用。可靠性工程应用到压力容器的设计当中，可以对压力容器失效现象做出研究，分析其发生的概率，对失效现象作出预测，并对设计出的模型进行试验并对试验进行评估，并通过改变试验参数，控制失效现象的发生。对压力容器的设计过程进行管理，并对设计方案进行评审，使最终确定的方案更加合理、可靠[2]。

2.2 具体的应用描述

（1）在压力容器的设计过程，可以对其中的参数部分或者全部随机进行随机变量处理，将可能遇到的各种因素全部考虑进去，并进行参数化处理，对其进行分析统计，根据有关数据建立数学模型，在设计时使用概率方法，对设计出来的压力容器进行完整的描述，最终获得接近真实情况的数据。运用可靠性方法进行压力容器设计，就是将压力容器设计过程用到的变量全部设为随机变量，根据工作环境及实验数据确定其特征和概率，再根据压力容器重要性设计出可靠度最高的设计方案。

（2）进行压力容器设计时，设计出来的方案都有可能失效，在零部件或设备上施加的一些物理条件，例如，热载荷、机械载荷等条件，这些可能造成设计不成功的原因被称为应力，在零部件或设备上存在的对抗这些因素的能力被称为抗力，当抗力大于应力时，所设计出来的压力容器相对可靠，反之则容易失效。

（3）设计制定一定的可以衡量设计压力容器是否可靠的数值标准，这在评价压力容器的设计是否可靠十分有必要，所制定的数值标准既作为形容压力容器可靠性的参数，也是作为定量化的尺度对可靠性做出衡量。

（4）在实践中可以看出，压力容器可靠性的标准不是单一的，由许多性能标准共同表示。压力容器从开始工作到失效的时间，压力容器能够完成标准性能的概率，压力容器某一瞬时发生故障的概率等等，都是压力容器的性能指标，根据具体的需求，选择具有代表性的指标来表示压力容器的可靠性是比较准确的[3]。

3 在压力容器设计过程中影响可靠性的不稳定因素

运用可靠性方法设计压力容器不仅可以节约原料，更能量化的反映压力容器设计方案失效的概率，也就是压力容器的可靠程度。在对可靠度进行计算和分析时，多数时候都会认为所用设计变量是随机变量，而且这种随机变量的分布是正态分布，对具有正态分布的强度与应力的随机变量进行分析比较简单。在压力容器设计制造的过程中，影响产品强度的原因较多，原料本身的物理化学性质，加工工艺，试验环境及实验方法，选取的部位等等，但也正是如此，才使得强度具有统计性。通过大量的试验测试得到的数据显示，压力容器的强度描述可以用正态分布。因此，在应力的分布呈对数正太分布时，就不能按照应力分布是正态分布的设计方法进行设计，否则将不能保证设计的可靠性。最后还应根据设计时遇到的具体问题进行有针对性的分析，切、切忌以偏概全。

4 结语

压力容器的设计工作是较为系统的且非常复杂的，因此在设计的过程中使用可靠性设计方法是很有必要的，不仅能够使压力容器设计的可靠性得到保证，还能使压力容器最终在使用时的可靠性得到提高，并且在保证压力容器质量的前提下降低生产成本，提高企业利润。因此，设计人员应该在工作中不断积累经验，对可靠性方法不断进行研究与完善。

参考文献：

[1]于洪峰，刘宝晶.可靠性方法在压力容器设计中的应用[J].科技致富向导，2015（05）：251.

[2]陆江丽.可靠性方法在压力容器设计中的应用研究[D].西北大学，2007.

[3]黄心明.压力容器设计中可靠性方法的应用探讨[J].广东科技，2014（10）：186+188.