压力容器强度可靠性平均安全系数校核VIP

第卷第期 年月 哈尔滨工业大学学报 竹 倪 压 以 压 力容器强度可靠性平均安全系数校核 蔡克霞 , , 王 毅 , 宁夏大学机械工程系 , 宁夏 银川加 , 苗 西安交通大学化学工程系 , 陕西 西安 以抖 摘要为克服用常规安全系数校核容器强度不能反映应力和材料强度变化的缺点 , 利用可靠性分析的方 法 , 获得压力容器受各种载荷下的可靠性平均安全系数 , 它既考虑了应力和强度的变化 , 又考虑了失效的不 同后果用可靠性平均安全系数进行容器的强度校核比用常规安全系数进行容器校核安全和经济 关性词 压力容器机械强度可靠性设计可靠性平均安全系数可靠度应力均值应力标准差变差系数 中圈分类号 , 文献标识码文,幼号 一一一 即 泉犯 一劝, , 叨 比 , , 而 , 助 , 兀枷 抖 , 哪 司 硕祖 貌 勿 而 奴 加 砂 , 唱二 比丽 在压力容器常规设计中 , 强度校核时所使用 的常规安全系数是一个工程经验值 , 不能反映应 力和材料强度的变化为此 , 本文提出采用可靠性 平均安全系数进行压力容器的强度校核 校核步骤 确定可命度 定义极限状态函数 二 占一 通常应力 、强度 都是正态分布 , 变量也是正态分布 , 可表示万 , 尺, ,二, , 沂 二 一 。 , 一, , , 一 巾 一 。, 中 万 一 互 扣 店 , , 巾 收稿日期 一一 金项目宁大学科研基金资助项目 作者简介蔡克该 一 , 女 , 工程硕士 , 副教授 式中 占 、口。 为强度的均值及标准差 、。、 为应力 的均值及标准差为的均值 , 占一 , 为 的标准差 , 。 气 , 十 。广专 为可靠性指 数通过几 , 查标准正态分布表 , 得到值有时 应力 、强度呈非正态分布, 可用其分布的相应可靠 度公式计算 , 得到值不再详述 确定强度 、应 力变理系数 、 用矩法可求出川 、二 口 设应力函数 二 , , 。 为相互独 立的随机变量 , , ,。 的函数 , 已知随机变 量的均值分别为 , 凡 , ,。, 求得应力函数的 均值和标准差为川 , , ,。 么 日 、 于洲宁 拼共 自 , 二 第期蔡克霞 , 等压力容器强度可靠性平均安全系数校核 了暮嚓 止丛全 、 上 二 竺 , 、 。 丁矛 了, 二夕。 , 、 乙沪 、甲尹、钾 戈 式中为应力 的方差戈为各随机 变量的方差而几在有关手册中可 以查到 确定可靠性平均安全系数 若应力 、强度呈正态分布, 则可靠性平均安全 系数为川 。 二 夕 二 十 。、恋丁 丁瓦兀万了 瓦死了 之二一二匕址兰二止七一一二卫一一一一几一 一 矿吼 进行组合轴向应力的校核 用式 判断强度好坏 占 凡 ,二二。 式中凡 , , 。 分别为压力 、 风载荷 、地 震载 荷 、静 载荷下 , 筒体上所产生 的轴向力 , , , , 。 分别为上述种载荷下 , 计算出的可靠性 平均安全系数 应用实例 已知中 浮 阀塔 其设 计条件如下设置地区的基本风压值 。二 地震设防烈度为度塔壳与裙座对接 塔内有 层浮阀塔盘 , 每块塔盘存留介质层高度 , 介质 密度酬 , 塔体外表面附有厚的保温 层 , 保温材 料密度 下 珊 岁 , 塔体上 每 隔 仪旧 安装一层操作平台塔底裙座中间悬挂一 台重沸器 , 距地面 卿 , 操作时 姗 吨 操作压力 , 取设计压力设计温 度 圆筒和封头壁厚附加影 ,裙座厚度附 加量位对该塔进行常规设计中的强度和稳定 性计算后 , 筒体采用 , 且塔体取实际壁厚 , 二 椭圆封头与 锥形裙座的 焊缝距地面 假设已经有设备进行强度可靠性校核直立 容器筒体的轴向应力有可能是由压力 、风载荷、地 震载荷 、和静载荷 种载荷组合产生的 在内压作用下筒体上的轴向应力 此时筒体上的轴向应力为 凡 , 中 式中为内压 , 为容器内半径 , 为容 器壁厚 , 沪为焊缝系数 通过式 、, 得到应力均值和标准差为 假设几何形状和压力正态分布 , 则轴向应力 也是正态分布 板厚 和直径刀 的均值及标准差 由钢厂和制造厂提供 , 压力的均值及标准差由 实验获得假设它们较小可忽略 , 则将和 二、代 人式得到 、,、 。丐净 二 味 再将上 式及代人式 , 得到、 在质,载荷作用下筒体上的轴向应力 此时 , 圆筒所 受的轴向应力 为 。 二 通过式 、 , 得 。 的均值和 标准差为 万一 机。机 占二 一 一一,气, 口 , , ,穿 , 八 ,门恤 , 户,通 叮乙叮石叮“ 一 。 一 厂 优一 口 二 。 。奋 月 二气于之 峥 一 共 , , 一澡 勺 , 乡 式中 。为圆筒质量 , 再将上式及虱代人式 , 得到 。 在风载荷作用下筒体上的轴向应力 此时 , 风弯矩引起的圆筒轴向应力为 对 二 , 这里 风弯矩为 , 艺只 式中 为计算截面与风载荷集 二 中力作用之间的距离 , 尸为塔器各计算段的 水平风力 , 尸 二 、 , 为塔器分段高度下的 风压高度系数 、风振系数和体型结构的系数 、为 风压值 , 耐则 。、 咨 。 甲二 丁二 获二气 ,下 否 二 瓦 沁 十 动杯 十 沁 , 扩 ,、 共声了 风载荷与最大风速的分布 , 在以下符合对 数分布闭此时 、 都是随机变量 风压分布 的概率密度函数 、 风压分布的累积分布函数分别 为 , 。 、一“ 丫叮 “ 、 了 , 住 , 一 拼 , 岌 。, 、 尸 工了 一拼 夕、 二 一一一二 多 一 令 二二业二匕一一二 , 一 。 厉二 一 、 。 丫 。 口丫下 一、 式中 。为 、 对数均值 林 为 、对数标准差 、并非正态分布 , 用将非正态转化为正态分 布的方法 , 得到等值的正态分布的均值和标准 差 根据节的分析 ,、 的影响可忽略 , 只考虑 、 的影响 , 故 、 与呈线性关系 , 则 , 二 几 哈尔滨工业大学学报第卷 再 , 及 , 代人式 , 得到 , 、 和 。 都是随机变量 , 、 及 。 的影响 在地展载荷作用下筒体上的轴向应力可忽略 , 只考虑的影响 从代表着 类不同场 地震时 , 地面呈水平 、垂直运动 文献中 , 地土的条加速度反应谱线中可查取 。 , 它代表 规定只计算水平地震力 , 它对结构的破坏起决定着地面运动加速度 川 , 研究表明其分 布符合 性作用 文献中 , 规定设 防度或度 的塔 , 型极 值分布 , 即 , 卜 。、但 一“ 应考虑两个方向的作用为简化计算 , 以质量载荷 式中 , 为地面运动加速度为系数 , 介 二 的度 、 度来考虑垂直地 震刀为系数 , 口 。为某地区在 年内 , 力叫 , 即将它加在筒体所受轴向应力的 。中 有的可能被超过的最大地面运动加速度 截面以上的质量 引起的水平地展力为同样 , 用处理风载荷的方法 , 求出等效的 。 正 凡 , 二 刀。 褚 , 塔器底部截面的地震弯态分布的均值和标准差 因 ,与 呈线性关系 , 故 矩为岭 。二 , 则地震弯矩 、二 。, 再将 及 , 代人式 , 得到 在圆筒上产生的轴向应力为 二 岭 。 二、 二 得到 , , 。 , , , 后 , 用式判断直立容器 , 二 式 中为综合影响设计是否安全 , 即完成了强度计算 系数 , 二 为地震影响系数 。为操作 计算 、校核的结果 表 、 质量 , 为塔高 , 衰可靠度 、可命性安全 系数的计算结果 伪 川 乎阳介 川 转化为正态后 各种载荷 下的应力 应力均值 标准差 应力均值 标准差风 二一百 变差系数 二 谚认 乙 互 胡 拼 。一拼 丫 之 占 查标准正态 分布表得可 “二 占 或 靠度用式 内压下轴 向应力凡 操作质量下 轴向应力 。 风载荷下 轴向应力 , 水平地展 载荷下轴向应力 内压下周 向应力 , 加 裹立容器的强度校核心过程及校核结果 犯 仙 八活 比比小 川 因 , 伙 项 目 一 截面备注 轴向拉应力 凡 ,一 。, 轴向拉应力 。砰甲 周向拉应力 屈服强度拼。 充许轴向压应力 安全 巧 阅 , 安全 , 安全 冈 , , 。 , , , , 。 值见文献 结 语 用此方法校核受各种载荷的压力容器 , 应力 和强度的变化以及失效的不同后果都被考虑到设 计中 , 如操作质量