2024 压力容器分析设计 第5部分：弹塑性分析方法

GB/T47325—2024

.

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义符号

3、…………………………1

基本要求

4…………………3

塑性垮塌

5…………………4

局部过度应变

6……………6

屈曲

7………………………9

疲劳

8………………………11

棘轮

9………………………13

附录规范性高温蠕变分析设计方法

A()………………15

附录规范性塑性垮塌的二元评定准则

B()……………22

附录规范性极限安定和棘轮载荷边界的直接计算法

C()、…………25

附录规范性材料的弹塑性应力应变关系

D()-………31

Ⅰ

GB/T47325—2024

.

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件是压力容器分析设计的第部分已经发布了以下部分

GB/T4732《》5。GB/T4732:

第部分通用要求

———1:;

第部分材料

———2:;

第部分公式法

———3:;

第部分应力分类方法

———4:;

第部分弹塑性分析方法

———5:;

第部分制造检验和验收

———6:、。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会提出并归口

(SAC/TC262)。

本文件起草单位中国特种设备检测研究院浙江大学清华大学上海理工大学北京化工大学中

:、、、、、

国寰球工程有限公司北京分公司合肥通用机械研究院有限公司中国石化工程建设有限公司天津理

、、、

工大学

。

本文件主要起草人陈志伟郑津洋陆明万刘应华杨国义苏文献段成红杨洁聂德福沈鋆

:、、、、、、、、、、

李克明黄勇力李涛

、、。

Ⅲ

GB/T47325—2024

.

引言

压力容器分析设计给出了压力容器按分析设计方法进行建造的要求基于

GB/T4732《》,GB/T150

规则设计理念提出了压力容器建造的要求压力容器设计制造单位可依据设计具体条件选择两种建造

。

标准之一实现压力容器的建造

。

由个部分构成

GB/T47326。

第部分通用要求目的在于给出按分析设计建造的压力容器的通用要求包括相关管理要

———1:。,

求通用的术语和定义以及其他部分共用的基础要求等

、GB/T4732。

第部分材料目的在于给出按分析设计建造的压力容器中的钢制材料相关要求及材料性

———2:。

能数据等

。

第部分公式法目的在于给出按分析设计建造的压力容器的典型受压元件及结构设计要

———3:。

求具体给出了常用容器部件按公式法设计的厚度计算公式可作为

。。GB/T4732.3

的设计基础也可依据自行完成简化的完整的分

GB/T4732.4、GB/T4732.5,GB/T4732.3、

析设计

。

第部分应力分类方法目的在于给出按分析设计建造的压力容器中采用应力分类法进行

———4:。

设计的相关规定

。

第部分弹塑性分析方法目的在于给出按分析设计建造的压力容器中采用弹塑性分析方

———5:。

法进行设计的相关规定

。

第部分制造检验和验收目的在于给出按分析设计建造的压力容器中所涵盖结构形式容

———6:、。

器的制造检验和验收要求

、。

包括了基于分析设计方法的压力容器建造过程即指材料设计制造检验试验和验

GB/T4732(、、、、

收工作中需要遵循的技术要求特殊禁用规定由于没有必要也不可能囊括适用范围内

)、。GB/T4732,

压力容器建造中的所有技术细节因此在满足安全技术规范所规定的基本安全要求的前提下不限制

,,,

中没有特别提及的技术内容不能作为具体压力容器建造的技术手册也不能

GB/T4732。GB/T4732,

替代培训工程经验和工程评价工程评价是指由知识渊博娴于规范应用的技术人员所作出针对具体

、。、

产品的技术评价工程评价需要符合的相关技术要求

。GB/T4732。

不限制实际工程建造中采用其他先进的技术方法但工程技术人员采用先进的技术方

GB/T4732,

法时需要作出可靠的判断确保其满足的规定

,GB/T4732。

既不要求也不限制设计人员使用计算机程序实现压力容器的分析设计但采用计算机

GB/T4732,

程序进行分析设计时除需要满足的要求外还要确认

,GB/T4732,:

所采用程序中技术假定的合理性

———;

所采用程序对设计内容的适用性

———;

所采用程序输入参数及输出结果用于工程设计的正确性

———。

进行应力分析设计计算时可以选择或不选择以作为设计基础进而采用

GB/T4732.3,

或进行具体设计计算以确定满足设计计算要求中防止结构失效所要求的

GB/T4732.4GB/T4732.5

元件厚度或局部结构尺寸当独立采用或作为设计基础时无需相互

。GB/T4732.4GB/T4732.5,

满足

。

Ⅳ

GB/T47325—2024

.

压力容器分析设计

第5部分弹塑性分析方法

:

1范围

本文件规定了基于弹塑性理论的压力容器分析设计方法包括术语与符号基本要求载荷组合工

,、、

况以及塑性垮塌局部过度应变屈曲疲劳和棘轮种失效模式的评定步骤

,、、、5。

本文件适用于所涵盖的压力容器

GB/T4732.1—2024。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

压力容器分析设计第部分通用要求

GB/T4732.1—20241:

压力容器分析设计第部分材料

GB/T4732.2—20242:

压力容器分析设计第部分公式法

GB/T4732.3—20243:

压力容器分析设计第部分应力分类方法

GB/T4732.4—20244:

压力容器分析设计第部分制造检验和验收

GB/T4732.6—20246:、

3术语和定义符号

、

31术语和定义

.

界定的以及下列术语和定义适用于本文件

GB/T4732.1—2024。

311

..

成形应变formingstrain

元件成形引起的残余应变

。

312

..

单轴应变极限uniaxialstrainlimit

单向应力状态下材料的应变极限

。

313

..

三轴应变极限triaxialstrainlimit

三向应力状态下材料的应变极限

。

314

..

二倍屈服法twiceyieldmethod

以零为起点载荷载荷范围为终点载荷采用应力范围应变范围表示的循环应力应变曲线在单

、,--,

调加载条件下进行弹塑性分析的疲劳评定方法

。

315

..

逐个循环分析法cycle-by-cycleanalysismethod

基于随动强化模型采用应力幅应变幅表示的循环应力应变曲线对给定的载荷循环逐个进行弹

,--,

1

GB/T47325—2024

.

塑性分析直至循环返转点处的应力和应变达到稳定的疲劳评定方法

。

316

..

弹塑性分析elasticplasticanalysis

基于材料弹性和塑性特性及参数选用合适的弹性和塑性力学本构模型对给定载荷下结构的弹性

,,

变形应力分布以及材料进入屈服后的塑性变形应力重分布和失效行为进行理论或数值分析

、、。

317

..

二元准则dualcriterion

同时防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元评定准则

。

318

..

垮塌载荷collapseload

在单调加载条件下容器或元件发生塑性垮塌时的载荷它是容器或元件能承受的最大载荷

,。

319

..

准极限载荷quasi-limitload

在考虑应变强化和几何强化效应的情况下容器或元件由局部塑性变形阶段进入总体塑性变形阶

,

段时的载荷

。

注在理想塑性材料和小变形假设下准极限载荷就是极限载荷

:。

3110

..

零曲率载荷zero-curvatureload

载荷变形曲线上由代表结构局部塑性变形阶段的圆弧过渡段进入代表结构总体塑性变形阶段的

-

线性段的临界点称为零曲率点该点对应的载荷为零曲率载荷

,。

注零曲率载荷即为准极限载荷

:。

3111

..

应变极限载荷strainlimitingload

结构内最大总当量应变达到时的载荷

5%。

3112

..

极限载荷边界limitloadboundary

当元件经受的载荷在一个域内按比例加载作用元件不失去承载能力

,。

3113

..

安定载荷边界shakedownloadboundary

当元件经受的机械载荷热载荷或者两种全有的循环载荷在一个域内变化元件处于安定状态

、,。

3114

..

棘轮载荷边界ratchetloadboundary

当元件经受的机械载荷热载荷或者两种全有的循环载荷在一个域内以某特定的形式变化元件

、(),

不发生棘轮现象

。

3115

..

残余应力场residualstressfield

物体撤销外部载荷作用时在物体内部为保持平衡而存在的应力场

,。

注残余应力场是一种自平衡的应力场

:。

3116

..

直接计算法directcomputationalmethod

进行极限安定和棘轮分析时采用下限定理和上限定理不追踪载荷的加载历史和元件应力应变

、,,、

响应的演化过程而是针对元件在给定载荷形式下的最终状态直接确定元件所能承受的最大载荷的

,,

方法

。

2

GB/T47325—2024

.

32符号

.

下列符号适用于本文件

。

D容器自重内装物料附属设备及外部配件的重力载荷

———,、。

E地震载荷

———。

L偶发载荷

———。

p设计压力

———,MPa。

p由液体或内装物料如催化剂引起的静压力

s———(),MPa。

p耐压试验压力

T———,MPa。

S雪载荷

s———。

S材料在耐压试验温度下的许用应力

m———,MPa。

St材料在设计温度或工作温度下的许用应力

m———,MPa。

T热和位移载荷

———。

W风载荷

———。

W由用户确定耐压试验工况下的风载荷

pt———。

α载荷调整系数

———。

4基本要求

41压力容器塑性垮塌局部过度应变屈曲疲劳和棘轮种失效模式应按本文件规定的基于弹塑性

.、、、5

分析的评定方法进行评定当容器设计温度进入材料蠕变温度范围时按附录进行高温蠕变分析

。,A

设计

。

42除本文件涵盖的失效模式外设计人员在设计时还应校核容器在全寿命周期内可能出现的其他失

.,

效模式

。

43设计单位应对容器设计文件的正确性和完整性负责设计计算书包括容器或元件设计参数详细

.,、

结构材料性能力学模型计算结果和评定结论

、、、。

44弹塑性分析需要以下材料性能参数见

.,GB/T4732.2—2024。

弹性模量泊松比屈服强度抗拉强度应力应变关系等

a)、、、、-。

热传导系数比热容线膨胀系数密度等

b)、、、。

45设计时载荷按中的规定考虑的载荷组合工况见表包括其中一个

.GB/T4732.1—20245.3.2。1,

或多个载荷不起作用时可能引起的更危险的情况载荷组合工况中各载荷参数的说明按

。

中表的要求

GB/T4732.4—20241。

表1载荷组合工况

条件和组合序号载荷组合工况

αppD

1[+s+]

α.ppDT.L.S

2[088(+s++)+113+036s]

设计条件α.ppD.S.L或.W

3[088(+s+)+113s+(071036)]

α.ppD.W.L.S

4[088(+s+)+071+071+036s]

α.ppD.E.L.S

5[088(+s+)+071+071+014s]

液压试验α.ppD.W

耐压试验条件6[071(T+s++03)]

气压试验α.ppD.W

7[084(T+s++03)]

3

GB/T47325—2024

.

5塑性垮塌

51方法与准则

.

511防止容器或元件塑性垮塌应采用极限分析或弹塑性分析进行校核或按附录或附录进行校

..,BC

核极限分析和弹塑性分析均包括载荷系数法和垮塌载荷法两种方法载荷系数法一般用于校核设计

。。

方案能否通过垮塌载荷法既能用于校核设计方案能否通过又能给出结构的设计裕度

;,。

512防止容器或元件塑性垮塌应符合或的评定要求除此之外设计人员还应校核变形量

..5.25.3。,

对使用性能的影响例如法兰变形过大引起的泄漏塔器挠度过大引起的操作性能降低当过度的变形

,、。

影响了容器的使用性能时应降低设计载荷或修改结构如需要变形限制相应变形量要求应在容器设

,。,

计条件中提供

(UDS)。

52极限分析

.

521通过极限分析确定容器或元件的极限载荷下限值以防止塑性垮塌失效极限载荷的计算也可

..。

按附录进行对随变形而出现刚度下降的元件例如面内弯曲的弯管应采用的弹塑性分析进行

C。()5.3

评定

。

522当采用数值计算进行极限分析时应满足如下条件

..,:

材料的应力应变关系是理想弹塑性屈服强度取为St

a)-,1.5m;

采用小变形的应变位移线性关系

b)-;

满足基于变形前几何形状下的平衡关系

c);

满足屈服准则第四强度理论及其关联流动法则

d)vonMises()。

523采用载荷系数法或垮塌载荷法进行极限分析时应按如下步骤进行评定评定流程见图

..,,1。

载荷系数法评定步骤为

a):

创建模型创建的数值分析模型应能表征容器或元件的几何特性边界条件和所受载荷

1),、;

确定载荷工况载荷组合工况至少应包括表所列工况取载荷调整系数α.确定载

2),1,=15,

荷工况

;

数值计算计算时通常采用比例加载如果需要也可按用户指定的顺序进行加载

3),,;

合格评定若数值计算能得到收敛解则评定通过若计算不收敛则应对模型进行调

4),,;,

整重新评定

,。

垮塌载荷法评定步骤为

b):

创建模型创建的数值分析模型应能表征容器或元件的几何特性边界条件和所受载荷

1),、;

确定载荷工况载荷组合工况至少应包括表所列工况载荷调整系数α值由零开始逐步

2),1,

增加

;

数值计算计算时通常采用比例加载如果需要也可按用户指定的顺序进行加载确定载

3),,,

荷调整系数α为结构失稳即无法得到收敛解前的最大值

();

合格评定若结构失稳前α评定通过否则应对模型进行调整重新评定

4),≥1.5,;,。

4

G

B

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5

0

2

4

书

GB/T47325—2024

.

53弹塑性分析

.

531弹塑性分析提供了防止容器或元件塑性垮塌的一种较精确的评定方法

..。

532当采用数值计算进行弹塑性分析时应满足如下条件

..,:

采用材料的弹塑性应力应变关系弹塑性应力应变关系按附录的规定

a)-,-D;

采用大变形的应变位移非线性关系

b)-;

满足基于变形后几何形状下的力和力矩平衡关系

c);

满足屈服准则及其关联流动法则

d)vonMises。

533采用载荷系数法或垮塌载荷法进行弹塑性分析时应按如下步骤进行评定评定流程见图

..,,1。

载荷系数法评定步骤为

a):

创建模型创建的数值分析模型应给出容器或元件的几何特性边界条件和所受载荷

1),、;

确定载荷工况载荷组合工况至少应包括表所列工况取载荷调整系数α.确定载

2),1,=24,

荷工况

;

数值计算计算时通常采用比例加载如果需要也可按用户指定的顺序进行加载

3),,;

合格评定若数值计算能得到收敛解则评定通过若计算不收敛则应对模型进行调

4),,;,

整重新评定

,。

垮塌载荷法评定步骤为

b):

创建模型创建的数值分析模型应给出容器或元件的几何特性边界条件和所受载荷

1),