压力容器应力分析设计方法的进展和评述

压力容器应力分析设计方法的进展压力容器应力分析设计方法的进展 和评述和评述 压力容器的使用范围非常的广泛 在此基础上 我们一定 更加重视其使用的效果 其中 压力容器应力分析是重要的工 作 所以 讨论压力容器应力分析设计工作很有必要 压力容器概述压力容器概述 1 1 概念 所谓的压力容器是指盛装气体或者液体 承载一定压力的 密闭设备 贮运容器 反应容器 换热器和分离器均属压力容 器 1 2 用途 压力容器的用途十分广泛 它是在石油化工学 能源工业 科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备 压 力容器一般由筒体 封头 法兰 密封元件 开孔和接管 支 座等六大部分构成容器本体 此外 还配有安全装置 表计及 完全不同生产工艺作用的内件 压力容器由于密封 承压及介 质等原因 容易发生爆炸 燃烧起火而危及人员 设备和财产 的安全及污染环境的事故 世界各国均将其列为重要的监检产 品 由国家指定的专门机构 按照国家规定的法规和标准实施 监督检查和技术检验 分析设计方法分析设计方法 在 asme 老版中分析设计方法的全称是 以应力分析方法 为基础的设计 简称 应力分析设计 再简称为 分析设计 它的 特点是 2 1 要求对压力容器及其部件进行详细的弹性应力分析 可 以采用理论分析 数值计算或试验测定来进行弹性应力分析 2 2 强度校核时采用塑性失效准则 包括用极限载荷控制一 次应力 以防止整体塑性垮塌失效 用安定载荷控制一次加二次 应力以及用疲劳寿命控制最大总应力 以防止循环失效等 2 3 根据塑性失效准则对弹性应力进行分类 2 4 根据等安全裕度原则确定危险性不同的各类应力的许用 极限值 综合起来可以说 应力分析设计 是一种以弹性应力分 析和塑性失效准则为基础的应力分类设计方法 近年来被简称 为 应力分类法 早期 老版中 的 分析设计 只包含这一种方法 随着先进的力学分析方法和手段的不断成熟 即其有效性和可靠 性达到实际工程应用的水平 asme 新版和欧盟标准都及时地扩 充了 分析设计 采用的方法 同时对 分析设计 的含义也有所调 整 最突出的表现为 2 4 1 从弹性应力分析扩充到弹塑性分析 和应力分类法 弹 性应力分析方法 并行地提出了弹塑性分析方法和极限载荷分析 方法 asme 或直接法 欧盟 2 4 2 把能够给出显式表达式的解析解都调整到 规则设计 中 分析设计 只规定通用性强的数值分析方法 另一方面 在 规则设计 公式的强度校核中又引入了应力分类的思想 随着时间的推移和科学的发展 分析设计 的方法和内容还 会有新的扩充和调整 在现阶段可以说 分析设计 是一种以塑 性失效准则为基础 采用先进力学分析手段的压力容器设计方 法 先进的材料 工艺和检测水平是保证分析设计能得以实施 的前提条件 应力分类法应力分类法 3 1 应力分类法是当今分析设计的主流方法 应力分类法有如下优点 3 1 1 简单 采用工程设计人员非常熟悉的弹性应力分析方 法 应力评定时直接给出各类等效应力的许用值 因而应力分类 后的强度校核与常规设计类似 3 1 2 通用 采用有限元软件可以对任何结构形状和载荷工 况进行弹性应力分析 3 1 3 保守 各类应力的许用极限 已经设定在保守的水平 上 因此总体上是一种偏保守的设计方法 3 1 4 成熟 自 1965 年在 asme 第 卷正式颁发以来已经 应用了 49 年 已被世界各国普遍采用 并公认为先进的压力容器 设计方法 正是因为这些优点 应力分类法仍然是当今压力容器 分析设计的主流方法 虽然 asme 新版和欧盟标准都扩充了基 于弹塑性分析的新方法 但都并列地推荐了应力分类法 而不是 不推荐采用基于应力分类的分析设计方法 目前在工程上真正应用 asme 新版进行设计的实例尚未见 报道 由于基础数据的缺乏和对新的设计方法没有研究清楚 国际 上的知名工程公司均不允许在工程上直接采用 asme 新版 仍然 沿用 asme 老版进行设计 3 2 用于应力分类的等效线性化处理方法 asme 新版和欧盟标准 en 在全面继承应力分类法的基本思 想和基本规则的同时 还对其实施方法作出了如下关键性的增补 3 2 1 把经济 有效且已被工程界广泛采用的数值 有限元 分析方法作为分析设计的主要手段引入应力分类法 并规范了具 体实施步骤 3 2 2 明确肯定了有限元计算结果的等效线性化处理方法 用较多的篇幅给出了详细论述 关于线性化处理得到的非线性应力是否是峰值应力的问题 asme 新版中明确表示 应力分量沿贯穿壁厚的应力分类线 scl 积分 以确定薄膜和弯曲应力分量 峰值应力分量可以直接利用 本方法通过将总应力分布减去薄膜加弯曲应力分布而得到 分析设计中应力分类及其应用分析设计中应力分类及其应用 压力容器在外载荷作用下 满足了平衡条件与变形协调条 件后 容器各个部件中的应力按其性质分为以下三类 4 1 一次应力 一次应力是因外载荷作用而在容器部件中产生的正应力或 剪应力 它没有 自限性 它的基本特点是当它超过材料屈服极 限时将产生过渡的变形而破坏 一次应力又分总体薄膜应力 一次弯曲应力和局部薄膜应力 例如承受内压圆筒的器壁中的 环向应力即为总体薄膜应力 平封头或顶盖中央部分在内压作用 下产生的应力即为一次弯曲应力 壳体在固定支座或接管处由外 载荷和力矩产生的应力为局部薄膜应力 4 2 二次应力 二次应力是由于容器部件的自身约束或相邻部件的约束而 产生的正应力或剪应力 它的基本特点具有 自限性 即局部屈 服和小量变形就会使约束缓和 变形协调 只要不反复加载 二次 应力不会引起容器结构破坏 4 3 峰值应力 峰值应力是因局部结构不连续或形状突变引起的局部