第五章壓力容器的應(yīng)力分析

1、第五章壓力容器的應(yīng)力分析三種應(yīng)力o本章介紹容器承壓時器壁內(nèi)存在三種性質(zhì)不同的應(yīng)力o一次薄膜應(yīng)力（是最基本的，必須掌握）；o一次彎曲應(yīng)力（壓力容器中受彎構(gòu)件較少，不作重點介紹）；o邊界應(yīng)力（作定性分析）壓力容器概述薄壁殼體o化工生產(chǎn)中常用的中低壓容器屬于回轉(zhuǎn)薄壁殼體結(jié)構(gòu)o薄壁： ，其中內(nèi)徑 、中徑 、外徑 ；o厚殼： 殼體是一種以兩個曲面為界，且曲面之間的距離（壁厚）遠(yuǎn)比其它方向尺寸小的物體。o平分殼體厚度的曲面稱為殼體的中面o最常見的殼體有球體、圓柱體、圓錐體、橢球殼等1,1.210KR0max1()1.210iRKKRR或iDD0D壓力容器特點之一：應(yīng)用廣泛o 壓力容器不僅被廣泛用于化學(xué)、石

2、油化工、醫(yī)藥、冶金、機械、采礦、電力、航天航空、交通運輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)部門，在農(nóng)業(yè)、民用和軍工部門也頗常見，其中尤以石油化學(xué)工業(yè)應(yīng)用最為普遍，石油化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐無一不是貯器或作為設(shè)備的外殼，而且絕大多數(shù)是在一定的壓力溫度下運行。o 如一個年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置，約有793臺設(shè)備，其中壓力容器281臺，占了35.4%。蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器，至于民用或工廠用的液化石油氣瓶，更是到處可見。壓力容器特點之二：工況條件復(fù)雜 壓力容器的操作條件十分復(fù)雜，甚至近于苛刻。壓力從1210-5Pa的真空到高壓、超高壓，如石油加氫為10.521.0 MPa；高壓聚乙烯為

3、100200 MPa；合成氨為10100 MPa；人造水晶高達(dá)140 MPa；溫度從-196低溫到超過1000的高溫；而處理介質(zhì)則包羅爆、燃、毒、輻(照)、腐(蝕)、磨(損)等數(shù)千個品種。操作條件的復(fù)雜性使壓力容器從設(shè)計、制造、安裝到使用、維護都不同于一般機械設(shè)備，而成為一類特殊設(shè)備。壓力容器特點之三：數(shù)量巨大 國內(nèi)在用固定式壓力容器、移動式壓力容器中罐車、在用氣瓶、鍋爐等在用壓力容器數(shù)量巨大 。此外全國持有壓力容器制造許可證的企業(yè)、設(shè)計單位也有數(shù)萬家。如此龐大且潛在隱患容器的存在，以及地域廣泛的制造設(shè)計部門，自然成為國內(nèi)外政府部門特別重視其安全管理和監(jiān)察檢查的原因。壓力容器特點之四：安全性要

4、求高 壓力容器因其承受各種靜、動載荷或交變載荷，還有附加的機械或溫度載荷；其次，大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導(dǎo)致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，一旦檢驗、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，器內(nèi)易爆、易燃、有毒的介質(zhì)將向外泄漏，勢必造成極具災(zāi)難性的后果。因此，對壓力容器要求很高的安全可靠性。圖片壓力容器的結(jié)構(gòu)圖封頭人孔支座筒體管口液位計零部件的二個基本參數(shù)：公稱直徑DNo對于用鋼板卷制的容器筒體而言，其公稱直徑的數(shù)值等于筒體內(nèi)徑。o當(dāng)容器筒體直徑較小時，可直接采用無縫鋼管制作時，這時容器的公稱直徑等于鋼管的外徑。o管子

5、的公稱直徑（通徑）既不是管子的內(nèi)徑也不是管子的外徑，而是一個略小于外徑的數(shù)值。o見P181 表14-1壓力容器的公稱直徑DN 零部件的二個基本參數(shù)：公稱壓力PN PN0.60的壓力容器法蘭，是指法蘭用Q345R的材料，在200C所允許的最高工作壓力為0.60MPa 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1048將管路元件的公稱壓力分為以下十個等級：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.0MPa、16.0MPa 等（歐洲）5.1壓力容器分類 分類方法很多，有按容器的形狀 、按承壓性質(zhì) 、按管理、按容器壁溫、按金屬材料、按應(yīng)用情況等按容器的形狀按容器形

6、狀分類名 稱特 點方形矩形容器平板焊成，制造簡便，但承壓能力差，只用作小型常壓貯槽球形容器弓形板拼焊，承壓好，安裝內(nèi)件不便，制造稍難,多用作貯罐圓筒形容器筒體和凸形或平板封頭。制造容易，安裝內(nèi)件方便，承壓較好，應(yīng)用最廣按承壓性質(zhì) o內(nèi)壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力o外壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力小于外界壓力o真空：內(nèi)部壓力小于一個絕壓的外壓容器o外壓容器一般屬于低壓容器 容器分類設(shè)計壓力 p （MPa）低壓容器0.1p1.6中壓容器1.6p10高壓容器10p100超高壓容器p100 按管理 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例2003.6.1實施TSG R0004固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（國家質(zhì)監(jiān)局）2009.12實

7、施 根據(jù)壓力等級、容積和介質(zhì)毒性危害程度，壓力容器可分為三類：第一類壓力容器、第二類壓力容器、第三類壓力容器 介質(zhì)：危害程度 詳見P220-222按毒性危害程度指 標(biāo)分 級I極度危害II高度危害III中毒危害IV輕度危害急性中毒吸入200 mg/m3200 mg/m32000 mg/m320000 mg/m3經(jīng)皮100100 500 2500經(jīng)口5000急性中毒易中毒后果嚴(yán)重可中毒，愈后良好偶可中毒無中毒但有影響慢性中毒患病率高較高偶有發(fā)生有影響慢性中毒后果繼續(xù)進展不能治愈可基本治愈可恢復(fù)無嚴(yán)重后果可恢復(fù)無不良后果致癌性人體致癌可疑致癌動物致癌無致癌性最高容許濃度10常見化學(xué)介質(zhì)光氣、汞、氰化

8、氫甲醛,苯胺、氟化氫、二氧化硫,硫化氫,氨按容器壁溫o常溫容器：壁溫-20至200；o高溫容器：壁溫達(dá)到蠕變溫度,碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420，合金鋼超過450，奧氏體不銹鋼超過550，均屬高溫容器；o中溫容器：在常溫和高溫之間；o低溫容器：壁溫低于-20, -20至-40為淺冷容器，低于-40者為深冷容器。按材料o金屬容器: 鋼制, 鑄鐵,有色金屬容器o非金屬材料：既可作為容器的襯里，又可作為獨立的構(gòu)件。o應(yīng)用最多是低碳鋼和普通低合金鋼，腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高用不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板、鋁板及鈦材。o在深冷操作中，可用銅或銅合金；o常用非金屬材料的有：硬聚氯乙烯、玻璃鋼、不透性石墨、化

9、工搪瓷、化工陶瓷及磚、板、橡膠襯里等按應(yīng)用情況o反應(yīng)壓力容器（）完成物理、化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、聚合釜、變換爐等；o換熱壓力容器（）熱量交換，如熱交換器、管殼式余熱鍋爐、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等；o分離壓力容器（）流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離，如分離器、過濾器、緩沖器、吸收塔、干燥塔等；o儲存壓力容器：（，球罐為）儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，如各種形式的貯罐、貯槽、高位槽、計量槽、槽車等。安全事故o 承壓設(shè)備在發(fā)揮作用的同時也顯現(xiàn)出其危險性，我國每年有幾百人因為承壓設(shè)備事故而失去生命或受到傷害。o“十五”（20012005）期間，我國共發(fā)生承壓設(shè)備事故783起，其中：

10、 o重大事故 2 起o較大事故 42 起o一般事故 739 起o 造成死亡 636人； 受傷 1394 人；直接經(jīng)濟損失 19353.97 萬元 o o2007年特種設(shè)備事故情況：o共發(fā)生特種設(shè)備傷亡事故299起；o 造成死亡 334人，受傷 349人，直接經(jīng)濟損失3490.76萬元。o其中壓力設(shè)備事故起數(shù)109起；造成死亡146人，受傷182人。事故原因分析 十五期間，發(fā)生的783起壓力設(shè)備事故中，主要事故原因是：非法使用違章操作或處置不當(dāng)、非法制造及制造質(zhì)量、超期未檢或未按規(guī)定檢驗、安全保護裝置失效混裝等其他原因血的代價血的代價血得代價血的代價血的代價血的代價血的代價o2007年6月15日

11、清早5時10分，“南桂機035”號運沙船由佛山高明開往順德途中偏離主航道航行撞擊九江大橋，導(dǎo)致橋面發(fā)生坍塌，橋面坍塌約200米。后證實有4輛汽車7名司乘人員以及2名現(xiàn)場施工人員共9人墜江失蹤。 大橋管理方向肇事者索賠2558萬元；血的代價2008年湖南省鳳凰縣沱江大橋“83”塌橋事故經(jīng)初步核實，事故發(fā)生時涉險人員123名，經(jīng)現(xiàn)場救援有64人生還，其中22人受傷，危重2人，重傷1人；截至記者發(fā)稿時，已確認(rèn)36人遇難。 高壓鍋爆炸爆炸變形的家用高壓爆炸變形的家用高壓鍋蓋（鍋蓋（70KPa）5.2回轉(zhuǎn)殼體中薄膜應(yīng)力回轉(zhuǎn)殼體中薄膜應(yīng)力o無力矩理論基本方程式無力矩理論基本方程式o5.2.1.1基本概念與

12、基本假設(shè)基本概念與基本假設(shè)o薄壁殼體的簡化和假定：容器殼壁很薄，如薄壁殼體的簡化和假定：容器殼壁很薄，如同薄膜一樣，無法承受彎曲應(yīng)力，只能承受同薄膜一樣，無法承受彎曲應(yīng)力，只能承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，并認(rèn)為應(yīng)力沿壁厚均勻分拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，并認(rèn)為應(yīng)力沿壁厚均勻分布。布。o基于這一假設(shè)的殼體應(yīng)力分析理淪稱之為殼基于這一假設(shè)的殼體應(yīng)力分析理淪稱之為殼體的無力矩理淪（薄膜理淪），相應(yīng)的殼體體的無力矩理淪（薄膜理淪），相應(yīng)的殼體壁應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。壁應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。工程上常用的應(yīng)力分析方法：o有力矩理淪：不僅承受拉應(yīng)力，還承受彎矩和彎曲應(yīng)力；o無力矩理淪：只承受拉壓應(yīng)力，不能承受力矩的作用o無力矩理淪有近

13、似性和局限性，其誤差在工程計算允許的范圍內(nèi)，計算方法大大簡化，該方法常被采用。o應(yīng)用條件：1.2K 圓筒的應(yīng)力計算 o作用力：o由內(nèi)壓作用在端蓋上產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力 ，稱為經(jīng)向應(yīng)力或軸向應(yīng)力；o由內(nèi)壓作用使圓筒向外均勻膨脹，在圓周切線方向所產(chǎn)生的拉力稱為環(huán)形應(yīng)力或周向應(yīng)力，用表示 o常為薄壁容器，筒壁較薄， 可認(rèn)為 是均勻分布的，徑向應(yīng)力 可忽略不計mm和r圓筒薄膜應(yīng)力計算o軸向應(yīng)力oD-筒體平均直徑，亦稱中徑，mm；o環(huán)向應(yīng)力o圓筒可用截面法求，但不是所有問題都能用截面法，如：橢圓封頭，各點曲率半徑不同，壁內(nèi)應(yīng)力是變化的，對這類問題需從殼體上取微元體分析其受力變形才能解決。20,4imipDDD

14、D 4mpD20ipDll 2pD旋轉(zhuǎn)殼體 o旋轉(zhuǎn)殼體 ：殼體中面（等分殼體厚度）是任意直線或平面曲線作母線，繞其同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的旋轉(zhuǎn)曲面。 軸對稱o殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都是對稱于某一軸。o化工用的壓力容器通常是軸對稱問題。 旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念 o母線與經(jīng)線o法線o平行圓o第一曲率半徑：經(jīng)線曲率半徑o第二曲率半徑：垂直于經(jīng)線的 平面與中面相割形成的曲線BE的曲率半徑基本假設(shè) o假定殼體材料有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的。o小位移假設(shè)：各點位移都遠(yuǎn)小于厚度，可用變形前尺寸代替變形后尺寸。變形分析中高階微量可忽略。 o直線法假設(shè)： 變形前垂直于中面直線段，

15、變形后仍是直線并垂直于變形后的中面。變形前后法向線段長度不變。沿厚度各點法向位移相同，厚度不變。 o不擠壓假設(shè)：各層纖維變形前后互不擠壓。5.2.1.2無力矩理論基本方程式：o無力矩理論是在旋轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用，此時應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似，又稱薄膜理論。o平衡方程：o區(qū)域平衡方程12mpRR2iNr p2sinrR2sinmNr 2m2pRNN5.2.1.3基本方程式的應(yīng)用基本方程式的應(yīng)用 工程上常用容器一般都由圓筒形殼體、球形殼體、錐形殼體及橢球形殼體等典型回轉(zhuǎn)薄壁殼體構(gòu)成，分別計算其徑向、周向薄膜應(yīng)力。圓筒形殼體o第一曲率半徑R1=，o第二曲率半徑R2=Ro在圓筒形殼

16、體中，周向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的二2倍，因此在殼體上開設(shè)橢球形人孔、手孔時，短軸在軸向、長軸在周向。12mpRR2pRpD24mpRpD球形殼體 o球殼R1R2=D/2，得：o直徑與內(nèi)壓相同，球殼內(nèi)應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。o當(dāng)容器容積相同時，球表面積最小，故大型貯罐制成球形較為經(jīng)濟。12mpRR24mpRpD圓錐形殼體o圓錐形殼半錐角為a，A點處半徑為r，厚度為d，則在A點處： 12,cosrRR 1,2 cos24cos1cos2cos2mmprpxpDtgprpD圓錐形殼體o錐形殼體環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力兩倍，隨半錐角a的增大而增大；a角要選擇合適，

17、不宜太大。o在錐形殼體大端r=R時，應(yīng)力最大，在錐頂處，應(yīng)力為零。因此，一般在錐頂開孔。橢圓形殼體o橢圓殼經(jīng)線為一橢圓，a、b分別為橢圓的長短軸半徑，由此方程可得第一曲率半徑為：o代入：22221xyab34222214axabRa b42222axabRb212,2mmppRRR42222mpaxabb44222422222paaxabbaxab橢圓形殼體o殼體的頂點：x0，ybo赤道點：xa，y02mpaab2222mpapaab橢圓形殼體o承受均勻內(nèi)壓應(yīng)力作用的橢球形殼體，在任何 值下， ，為拉伸應(yīng)力， 由頂點的 逐漸遞減為赤道處 ；o 在 時，應(yīng)力將由頂點附近的拉應(yīng)力逐漸變化為赤道附近

18、的壓應(yīng)力 ，因此為防止薄壁橢圓形封頭在赤道附近產(chǎn)生過大的壓應(yīng)力而導(dǎo)致皺褶 應(yīng)限制。abab0m2paab2pa22abab橢圓形殼體o工程上常用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 ，圓周應(yīng)力 在頂點和赤道點處大小相等，方向相反，赤道上 ，頂點 ，軸向應(yīng)力 為拉伸應(yīng)力，頂點處 。o對于 的橢圓端蓋工程上不推薦采用。2abpa pa2.6abmpam圓板承受均布載荷時的彎曲應(yīng)力圓板承受均布載荷時的彎曲應(yīng)力 o彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較oD：圓平板直徑；oK：對于周邊簡支圓平板 對于周邊固定圓平板2max2MpDK1.240.314K 0.750.1884K 圓板彎曲應(yīng)力o與同樣直徑、同樣厚度的圓柱形殼體所產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力

19、進行比較： o承受壓力p的圓平板所產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力是同樣直徑、同樣厚度圓柱形殼體薄膜應(yīng)力的 倍（這是一個相當(dāng)大的值），因此，除直徑較小的容器或接管可用平板作封頭或封閉蓋板外，盡可能不用平板直接組焊成矩形容器，這是為什么壓力容器大部分采用回轉(zhuǎn)殼體的道理max222MD pDDKK2DK邊界區(qū)的二次應(yīng)力邊界區(qū)的二次應(yīng)力 o無力矩理論忽略了剪力與彎矩的影響，可以滿足工程設(shè)計精度的要求，但對圖中所示的一些情況，就須考慮彎矩的影響。o(a)、(b)、(c)是殼體與封頭聯(lián)接處經(jīng)線突然折斷；o(d)是兩段厚度不等的筒體相連接；o(e)、(f)、(g)有法蘭、加強圈、管板等剛度大的構(gòu)件。示圖圓筒容器o相鄰兩

20、段性能不同，或所受溫度或壓力不同，導(dǎo)致兩部分變形量不同，但又相互約束，從而產(chǎn)生較大的剪力與彎矩。筒體與封頭聯(lián)接為例，DiQ0M0M0Q0Q0M0M0Q0PDiPDi邊緣應(yīng)力具有兩個基本特性：o局限性o自限性局限性 o局限性大多數(shù)都有明顯的衰減波特性，隨離開邊緣的距離增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減。o不同性質(zhì)的連接邊緣產(chǎn)生不同邊緣應(yīng)力，但都有明顯的衰減波特性，邊緣應(yīng)力的作用范圍只局限于距離邊緣，邊緣應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在兩種幾何形狀殼體的連接處，離開連接處，邊緣應(yīng)力會衰減。o對鋼制圓柱殼體作用范圍只限于距離邊緣為：o 如：o對鋼制球殼，只局限于距離邊緣的距離為：2,34xR1 ,10166Dmmmxmm2.

21、5R自限性 o自限性彈性變形相互制約，一旦材料產(chǎn)生塑性變形，彈性變形約束就會緩解，邊緣應(yīng)力自動受到限制，即邊緣應(yīng)力的自限性。o從根本上來說，發(fā)生邊緣彎曲的原因是由于薄膜應(yīng)力引起的彈性變形不協(xié)調(diào)，當(dāng)邊緣兩側(cè)的彈性變形相互約束，一旦材料產(chǎn)生局部的塑性變形，這種彈性約束就開始緩解，結(jié)果邊緣應(yīng)力就自動限制，這就是邊緣應(yīng)力的自限性。o根據(jù)強度設(shè)計準(zhǔn)則，具有自限性的應(yīng)力，一般使壓力容器直接發(fā)生破壞的危險小。邊緣應(yīng)力在設(shè)計中的局部處理；o妥善處理連接邊緣的結(jié)構(gòu)：盡量采用等厚度連接；采用圓角過渡，封頭加直邊的結(jié)構(gòu)；采用局部加強的結(jié)構(gòu)（P161圖18-8）o避免邊緣區(qū)附近附加局部應(yīng)力和應(yīng)力集中；o避免邊緣附近開

22、孔；o保證邊緣焊縫質(zhì)量；o降低邊緣的殘余應(yīng)力o塑性好的材料可減少容器發(fā)生破壞。只要是塑性較好的材料，即使局部某些點的應(yīng)力超過材料的屈服限，鄰近尚未屈服的彈性區(qū)能夠抑制塑性變形的發(fā)展，使容器仍處于安定狀態(tài)，故多數(shù)由塑性好的材料制成的容器，如低碳鋼、奧氏體不銹鋼、銅和鋁等壓力容器，當(dāng)受靜載荷時，除結(jié)構(gòu)上作某些局部處理，一般并不對邊緣應(yīng)力作特殊考慮下列情況邊緣應(yīng)力的考慮：o塑性較差的高強度鋼制的重要壓力容器；o低溫下鐵素體鋼制的壓力容器；o受疲勞載荷作用的壓力容器；o受核輻射作用的壓力容器o在邊緣高應(yīng)力區(qū)可能產(chǎn)生脆性破壞或疲勞破壞，要進行邊緣應(yīng)力的計算和校核。5.3 強度條件強度條件 o本節(jié)討論壓力

23、容器中 （徑向）的限制條件（即強度條件）o如：內(nèi)壓容器，軸向為 、周向 、徑向 為0，按代數(shù)值的大小排列：o 中，有兩個不為零的應(yīng)力狀態(tài)，稱為二向應(yīng)力狀態(tài)；三者中有兩個為零的，稱為單向應(yīng)力狀態(tài)，三者都不為零，稱為三向應(yīng)力狀態(tài)。o對承受中、低壓力的薄壁容器來說，通常屬二向應(yīng)力狀態(tài)，這是討論的重點。,mr4mpD2pDr123,mr,mr強度條件 強度條件有四個，對壓力容器的強度條件主要用第一強度理淪（最大拉應(yīng)力理淪）和第三強度理淪（最大剪應(yīng)力理淪）第一強度理淪 o第一強度理淪：最大拉應(yīng)力 是引起材料脆性破壞的因素 11tr1第三強度理淪 o第三強度理淪：當(dāng)作用在構(gòu)件上的外力過大時，其危險點處的材

24、料就會沿最大剪應(yīng)力所在截面滑移而發(fā)生屈服破壞，最大剪應(yīng)力是引起材料屈服破壞的因素o可以認(rèn)為這一強度條件是按第一強度理淪建立的，對回轉(zhuǎn)殼體而言。o注：ASME規(guī)范在應(yīng)力分類中規(guī)定第三強度理淪來計算應(yīng)力強度 3133trtr即5.4壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)簡介壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)簡介 壓力容器設(shè)計是以GB150鋼制壓力容器為依據(jù)的，GB150是以彈性失效為設(shè)計準(zhǔn)則，在介紹下章之前，先介紹幾種失效準(zhǔn)則及國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范簡介。 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是全面總結(jié)壓力容器生產(chǎn)、設(shè)計、安全等方面的經(jīng)驗，不斷納入新科技成果而產(chǎn)生的。它是壓力容器設(shè)計、制造、驗收等必須遵循的準(zhǔn)則。壓力容器標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計方法、選材及制造、檢驗方法等。5.4.1

25、化工容器的失效準(zhǔn)則：o失效的表現(xiàn)形式：泄漏、破裂和過度的變形甚至破壞o失效準(zhǔn)則分為強度失效準(zhǔn)則和剛度失效準(zhǔn)則o強度失效準(zhǔn)則有：彈性失效、塑性失效、彈塑性失效、疲勞失效、斷裂失效和腐蝕失效o剛度失效準(zhǔn)則有：泄漏和結(jié)構(gòu)喪失穩(wěn)定性彈性失效彈性失效：o最大應(yīng)力限制在所用材料的彈性范圍，即 以下oGB150對內(nèi)壓圓筒、內(nèi)壓凸形封頭等元件的設(shè)計公式按彈性失效準(zhǔn)則制訂 ts或塑性失效塑性失效（不適用于脆性材料）o器壁表面的應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強度時并不會導(dǎo)致容器的失效，只有當(dāng)器壁整個厚度范圍全部屈服，容器才算失效o最大值達(dá)到 并不算失效，全部屈服才算失效oGB150對平板、對整體法蘭連接件的筒體（或接管）的頸

26、部等元件的設(shè)計或應(yīng)力計算公式是按塑性失效準(zhǔn)則制訂的o最大虛擬應(yīng)力 或o對一次彎曲應(yīng)力的限制，按塑性塑性準(zhǔn)則建立一次彎曲應(yīng)力強度條件smax1.5Ms1.5s 1.5t彈塑性失效彈塑性失效（對二次應(yīng)力的限制）o彈塑性失效不適用于脆性材料oGB150對內(nèi)壓錐形封頭和筒體的連接、無折邊球形封頭和筒體的連接等構(gòu)件的設(shè)計公式和圖表是按彈塑性塑性準(zhǔn)則制訂的。o邊界應(yīng)力：結(jié)構(gòu)是否處于“安定”的最大虛擬應(yīng)力o按照“分析設(shè)計”規(guī)定，取以屈服強度為基準(zhǔn)的安全系數(shù) tssnmax2s1.5sn max3t疲勞失效疲勞失效oGB150不適用于要求作疲勞分析的容器o疲勞設(shè)計采用和常規(guī)設(shè)計（用最大主應(yīng)力理淪）不同的強度理

27、淪：最大剪應(yīng)力理淪。o容器在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破壞是一種疲勞破壞，它總是發(fā)生在高應(yīng)力區(qū)中的應(yīng)力峰值超過屈服強度時，晶粒之間產(chǎn)生滑移，并逐漸產(chǎn)生微裂紋，微裂紋不斷擴展導(dǎo)致疲勞斷裂。oGB150明確規(guī)定，要求作疲勞分析，應(yīng)總體上采用以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)JB4732-95鋼制壓力容器分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，它在選材、設(shè)計、結(jié)構(gòu)制造、檢驗等方面都要嚴(yán)于GB150斷裂失效斷裂失效o中、低強度鋼對缺陷敏感性差，傳統(tǒng)的強度設(shè)計方法基本上還是比較符合實際的。o高強度鋼，對缺陷敏感，以致容器的爆破壓力和傳統(tǒng)強度設(shè)計觀點所得結(jié)果相差甚大，往往引起低應(yīng)力斷裂。o缺陷尺寸和元件所受應(yīng)力水平在內(nèi)的力學(xué)參量來是否會引起斷裂的斷

28、裂力學(xué)方法引入對壓力容器的安全評定之中，用這一觀點來判斷容器是否會導(dǎo)致失效的準(zhǔn)則為斷裂失效準(zhǔn)則o1984年公布的壓力容器缺陷評定規(guī)范（CVDA1984）即是以斷裂失效為判據(jù)的壓力容器缺陷評定文件。o容規(guī)在關(guān)于安全評定的說明中指出我國缺陷安全評定還不完善，不能把缺陷安全評定簡單理解為用斷裂力學(xué)的方法計算，也不能以斷裂力學(xué)替代定期檢驗。蠕變和應(yīng)力松弛蠕變和應(yīng)力松弛o化工容器高溫下發(fā)生蠕變o密封緊固件在高溫下發(fā)生應(yīng)力松弛o國內(nèi)外常規(guī)設(shè)計規(guī)范對高溫容器的設(shè)計則僅在某一定的高溫下選用合宜的高溫用鋼，并按蠕變極限 和持久極限 來確定許用應(yīng)力以對蠕變值進行控制。nD腐蝕失效腐蝕失效o對腐蝕失效的控制實質(zhì)上是

29、根據(jù)介質(zhì)特性正確選用適宜的材料o對均勻腐蝕失效的限制條件，實際上是彈性失效準(zhǔn)則的限制條件，按最大主應(yīng)力計算出壁厚的基礎(chǔ)上增加腐蝕裕量o非均勻腐蝕無統(tǒng)一的限制條件。5.4.2有關(guān)壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)簡介有關(guān)壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)簡介o設(shè)計規(guī)范有兩大類：o開放型如GB150（要與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配套使用）o封閉型如ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范GB150鋼制壓力容器 o1989我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制訂了GB150-89鋼制壓力容器，1998年修訂成GB150-1998，2011年又進行了一次修訂，使標(biāo)準(zhǔn)更加完善oGB150鋼制壓力容器內(nèi)容包括：壓力容器板殼元件計算、容器結(jié)構(gòu)要素的確定、密封設(shè)計、超壓泄放裝置的設(shè)置、容器的制造與驗收的要求等oGB1502011從總體上參照了ASME