压力容器设计中分析设计的应用1

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1、压力容器设计中分析设计的应用全国锅炉压力容器标准化技术委员会杨国义(010-64415761)Ygy@cscbpv.org一、本讲座的目的了解压力容器设计中在特殊情况下采用分析设计的必要性1）常规设计已无法解决具体工程设计的问题——超出常规设计标准范围；2）特殊结构——无法在常规设计中实现有效设计；123）开孔范围超过GB150第8章的限制；4）GB150标准中1.4条的解决方案之一；5）已有成功使用经验的疲劳容器的常规设计的疲劳分析补充。2.分析设计在压力容器设计中所能解决的设计问题1）作为与GB150常规设计并行的

2、标准，具体设计均可选任一标准实现；2）适用范围超出GB150标准，但在JB4732标准适用范围内的容器设计、制造检验验收；3）常规设计的有效补充。3.如何利用分析设计解决压力容器设计具体问题3.如何利用分析设计解决压力容器设计具体问题1）依据JB4732标准进行设计；2）设计标准总体采用GB150，局部采用分析设计——按常规设计管理,单位不需具有SAD设计资格，局部分析计算结果由分析者承担责任，标准管理上要求经全国锅炉压力容器标准化技术委员会评定、认可。二、常规设计与分析设计的内涵两种设计理念,材料与制造要求与相应设计方

3、法相适应。1）常规设计——以GB150为基础的设计总体上不因引起应力的原因不同而对应力的评判有所区别——将各种载荷引起的应力统一对待。但个别局部结构的设计也引入分析设计的处理方法，如锥壳大小端的设计。设计中一般仅按总体应力设计计算结构强度，不考虑局部结构应力对强度的影响，对局部结构通过经验进行设计或通过制造上的要求以保证结构的安全性。该种设计是以长期经验总结为基础的。设计特点是：简单，一般从设计载荷条件可直接求取强度尺寸。如：圆筒体及椭圆封头设计等。2）分析设计——以JB4732为基础的设计，与GB150并行的一种设计方

4、法。提供了以弹性应力分析和塑性失效准则、弹塑性失效准则为基础的设计方法。通过对结构全部应力状况的全面掌握，根据引起应力的原因不同，对应力进行分类，对不同的应力分别采用极限设计和安定性的观点或疲劳设计观点进行限制——实现对结构的有效设计。三、常规设计与分析设计主要区别GB150标准JB4732标准设计压力MPa0.1～350.1～100设计温度按钢材允许使用温度（第4章许用应力表）低于以钢材蠕变控制其设计应力强度的相应温度要求作疲劳分析的容器不适用适用外压或真空容器真空度高于或等于0.02MPa真空度高于或等于0.02MP

5、a1.标准适用范围方面三、常规设计与分析设计主要区别2.理论基础GB150标准：对总体结构一般以薄壳无力矩理论或薄板理论计算结构应力，采用第一强度理论计算结构当量强度。一般按总体结构强度设计。JB4732标准：对总体结构一般采用弹性力学的分析结果计算结构应力，采用第三强度理论计算结构当量强度。在按总体结构强度设计的基础上，重点将强度设计放在局部不连续结构的强度设计上。应力分析计算往往借助数值计算方法实现，如有限元等。引入应力分类的概念，根据引起应力的原因和对结构强度影响性质不同对结构应力进行分类。对不同类型的应力限制标准

6、不同。三、常规设计与分析设计主要区别3.失效准则GB150标准：总体上采用弹性失效准则，即结构中有一点强度超过弹性范围即判为失效。但不排除局部塑性失效准则或弹塑性失效准则的采用，如锥壳大小端的强度设计和球冠形封头的强度设计——引入了分析设计的方法。JB4732标准：塑性失效准则或弹塑性失效准则。三、常规设计与分析设计主要区别4.强度的许用极限GB150标准：许用应力：取下列各值中的最小值。JB4732标准：设计应力强度**应力强度:组合应力基于第三强度理论的当量强度。材料许用应力碳素钢、低合金钢高合金钢三、常规设计与分析

7、设计主要区别4.强度的许用极限JB4732标准：设计应力强度取下列各值中的最低值注：以上许用极限不包括螺栓材料,一般情况下，当设计温度不是足够高时，许用应力和设计应力强度均决定于标准抗拉强度下限值，因此对同一种材料设计应力强度值一般高于许用应力值。由此引发对材料的具体要求上的不同三、常规设计与分析设计主要区别4.材料的技术要求存在差异相对于GB150标准JB4732标准对材料要求进一步提高。三、常规设计与分析设计主要区别4.制造、检验和验收要求存在差异相对于GB150标准JB4732标准对制造、检验和验收要求进一步提高。

8、四、常规设计与分析设计实现压力容器设计的过程1.常规设计实施过程概述实施一完整的常规设计一般过程如下：设计条件的提出载荷分析材料选择结构设计（参照以往类似结构——一般只关注总体，不在局部上作过多细致设计）总体强度尺寸确定（用标准公式直接计算或对结构设计的核算，现在一般借助软件实现）局部接管结构强度尺寸初定开孔补强等计