《压力容器分析设计基础》

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1、压力容器分析设计基础压力容器规则设计与分析设计应力分析设计方法概要压力容器规则设计与分析设计1、规则设计2、分析设计3、规则设计与分析设计的比较1、规则设计设计准则弹性失效准则——容器只有完全处于弹性状态时才是安全的，一旦结构内某点计算的最大应力进入塑性范围，即达到或超过材料的屈服极限，就认为整个容器失效。依据：静载构件、平均应力1、规则设计缺点与局限性由于不考虑可变载荷对容器各个部位引起不同的应力与变形，故无法进行疲劳分析和预计寿命，亦不能推测失效起源于何处。弹性失效并不表明容器的承载能力已经耗尽。不同性质的应力取同一应力评定判据是不合理的，这对设计复杂结构的大型容器很不经济。而有效

2、利用结构的塑性行为已被证明是可行的。取较高的安全系数无疑掩盖了失效的实质。其结果增加了材料消耗和制造成本，而对容器安全有时适得其反。2、分析设计设计准则塑性失效准则——只有当结构沿厚度方向全部屈服时，结构才失效。疲劳失效准则——一定许循环应力幅作用下的构件，只有其循环次数超过允许的最大循环次数后，才会发生疲劳破坏。考虑了超出弹性范围以后结构的塑性行为，放弃传统的弹性失效准则。引入极限分析与安定分析概念，采用塑性失效设计准则。应用电子计算机技术和实验测试技术，对复杂结构的容器整体，包括任何不连续区域都可以做详细的弹性应力分析与计算。按不同性质的应力分类和失效形式给予不同的限制条件。机械应

3、力以极限载荷为界限；不连续应力或热应力以安定载荷为界限。当反复受载需作疲劳分析时以疲劳试验应力幅为界限。引用虚拟应力概念可以方便地对高应变区作弹性分析。2、分析设计先进性比较项目按规则设计按分析设计1规范名称GB150-1998《钢制压力容器》JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》2规范历史（第一版或前身出版年代）1989年1994年3设计压力（最高）35MPa100MPa4设计温度材料的许用温度（可高于材料蠕变温度）材料的蠕变温度以下5不适用工况反复受载疲劳分析高温蠕变6设计准则弹性失效准则塑性失效准则；疲劳失效准则7采用强度理论最大主应力理论①最大切应力理论8应力分类不分

4、类按应力性质不同分类3.规则设计与常规设计的比较9应力分析方法材料力学，板壳力学弹性有限元法，弹性理论和板桥理论解析法，试验应力测试法10计算复杂性以膜应力为基础计算，简单各种应力均需全面计算，复杂11对热应力的考虑通常与机械应力迭加作为二次应力12应力评定判据取相同判据按应力分类取不同判据13基本安全系数（最小）nb=3,ns=1.6nb=2.6,ns=1.514材料控制（以钢板为例）符合压力容器常规要求比前者要求严格许用应力分类GB150-98,约27种JB4732-95,约27种15制造与检验按压力容器常规要求比前者要求严格制造资格要有压力容器制造许可证必须有相应的许可证，例如第

5、三类压力容器许可证16综合经济性一般结构的容器综合经济性好大型、复杂结构的容器综合经济性好（用户需提供详细的设计任务书）关于材料的要求（钢板）比较项目GB150-98JB4732-951采用的钢板标准GBYB(T),冶金部推荐，技术要求较高；GB钢板常温强度指标高合金钢板无有2钢板超声波监测条件与合格级别(逐张)包扎容器内筒钢板Ⅱ级地合金钢板，>25mmⅢ级16MnR,>30mmⅢ级20R,>38mmⅣ级包扎容器内筒钢板Ⅱ级调质钢板Ⅱ级不分材料，>20mmⅡ级3拉伸和冲击试验（逐张）调质钢板包扎容器内筒钢板调质钢板包扎容器内筒钢板厚度>50mm4最高使用温度(举例)20R,16MnR4

6、75℃15CrMoR550℃0Cr19Ni9700℃20R,16MnR375℃15CrMoR475℃0Cr19Ni9425℃使用温度下限-20℃0℃(低于0℃或－10℃做冲击试验）低温用钢板最低使用温度（最低冲击试验温度）16MnR正火，6-25mm,-20℃16MnDR正火，6-32mm,-40℃09Mn2VDR正火,6-32mm,-70℃06MnNbDR正火,6-16mm,-90℃16MnR正火，6-100mm-20℃16MnDR正火，6-32mm,-40℃09Mn2VDR正火,6-20mm,-50℃09MnNiDR正火,6-60mm,-70℃5钢板的韧性要求(以冲击功Akv表示)

7、20R≥18J16MnR,15MnVR≥20J15MnVNR,18MnMoNbR,18MnNiMoNbR≥27Jσb≤450MPa≥20J>450-515MPa≥24J>515-590MPa≥27J>590-650MPa≥31J6可否使用非压力容器用钢板p≤1.0MPa,t=0-350℃δ≤16mm,可用A3或阿AY3不可7可否使用沸腾钢板p≤0.6MPa,t=0-250℃δ≤12mm,可用A3F或AY3F不可比较项目GB150-98JB473