压力容器设计方法对比与应力分类

2019-11-28王翔

商品与质量 2019年23期

王翔

山东益源环保科技有限公司山东枣庄 277800

1 压力容器设计方法

1.1 可靠性方法

压力容器设计中可靠性分析技术的引入得益于测试数据的积累和测试水平的提高。根据目前的观点，无论强度、工作环境和几何尺寸如何，压力容器的指数参数都是基于随机变量，这些因素对压力容器的实际寿命有很大影响。今天，传统设计和分析设计在安全系数方面进行了分析。由于压力容器的类型和工作环境趋于多样化，因此通过汇总实际经验不可能满足压力容器安全分析的要求。另外，由于不同操作条件和生产水平的影响，压力容器的安全系数不能均匀调整。为此，已经开发出一种用于设计压力容器的方法并且已经逐渐改进[1]。

在可靠性设计中，例如传统设计，应力和强度被认为是常数值，但通常将它们的标称值用于设计计算。温度，湿度，腐蚀和颗粒辐射等因素都会影响使用的压力。另一方面，由于在诸如熔炼，锻造，焊接，热处理等加工时的加工精度的差异，材料和构件的强度离散地变化。通过在设计计算结果中应用安全系数来设计设计时，通常会考虑上述变化，在可靠性设计中，应力和强度参数用作随机变量，测试数据和工作环境相应地确定分布特征。

1.2 设计方面的准则

（1）设计单位必须突出更好的指导和操作经验，建立健全的质量保证体系，在相应的设计中实施；（2）压力容器设计过程与生产有关。由于使用的原材料相对简单，只有这样，产品在操作过程中才能具有相应的压力性能。（3）它会导致腐蚀并且毒性很大，导致非常糟糕的结果。（4）使用压力容器时，必须保证使用寿命，但由于化学材料具有高腐蚀性，因此请考虑设计负责人。采用哪种方法保证压力容器本身的使用寿命，从而降低制造成本。（5）压力容器具有制造更容易，操作更方便的特点它没有。压力容器的设计需要确保其非常简单且易于制造，此外，压力容器应满足各种特殊要求。

1.3 设计参数

概率设计中的参数主要有输入和输出两个方面，概率设计与确定性设计的区别在于随机因素的处理及其对计算结果的影响。随机变量，用于检查输入参数对输出的影响。后者直接使用输入参数作为固定数量，并使用经验确定的安全系数分析随机系数对计算结果的影响[2]。在随机设计模型中，一个或多个输入参数可以用作随机变量，并且随机变量可以是独立的或彼此相关的。不同的随机变量也会影响输出，但只要给出输入变量的分布，计算的输出就可以认为是可靠的。另一方面，确定性设计方法处理各种不确定性。根据经验、安全系数进行描述。

2 应力的各种分类

2.1 一次应力

在外部载荷的影响下容器元件中产生的正应力或剪切应力。或者，平衡外部机械负载所需的应力。首先，满足静态平衡条件，即载荷增加，应力相应增加，应变也增加；第二个是非线性特征，应力沿壁厚度均匀分布于。同时，一次应力主要包括以下主要类别：总膜应力是影响平衡压力整体结构的膜应力之一。分布荷载引起的局部膜应力，在这种应力的情况下，水平是一个或多个总膜应力，但它只影响子结构中的一次膜应力。例如，在壳体颜色的固定支撑或接管位置的情况下，膜应力由外部载荷和力矩引起。第三，一次弯曲应力：该应力是平衡压力所需的弯曲应力或需要为线性分布的剩余机械厚度。例如，在平盖中，由压力引起的弯曲应力。

2.2 二次应力

在容器内，可以获得正常或剪切应力，因为所有类型的部件都受约束或相邻的部件受到约束。或者它与变形和调整所需的应力相匹配。首先，它与变形和调整给出的约束条件一致；其次，它具有一定程度的自限性，即在局部屈服和较小的塑性和变形之后，它与约束条件相结合可以次要应力公差应基于“稳定”的概念，因为结构处于“稳定”状态，除非重复载荷，否则不会损坏。结构不连续处的热应力和弯曲应力等局限性。

2.3 峰值应力

由于结构不够连续，因此将其添加到初级和次级应力的总应力增量中。通常它们同时是自限性和局部化的并且不会整体变形，但它们通常是疲劳和脆性破坏的根本原因。在疲劳设计中，需要限制峰值应力。

3 两类设计所具有的优点及缺陷

许多国家仍然使用这种方法来设计压力容器，因为传统的设计方法非常简单并且应用经验非常充足。然而，这种类型的传统设计也具有相应的缺点，即在部分应力达到原料的屈服极限之后，它没有区分膜应力和残余应力对容器强度的影响。在容器的大多数区域中，应力仍小于该值并处于弹性状态。因此，即使部分区域弯曲，由于周围的弹性区域限制了变形量，也不能增加变形量，并且还防止了应力的增加，从而不会发生弯曲。整个容器不会失败。此外，传统设计对于更苛刻的操作条件具有显着的限制[3]。应力分析设计使用塑性破坏标准，稳定载荷，极限载荷寿命等作为极限。这允许该结构产生可控的部分塑性区域并且还限制峰值应力位置的寿命设计。根据指南，可以更好地处理传统设计中的缺陷，并且可以科学地减少对计算应力的严重限制。