壓力容器分析設計基礎

1、壓力容器分析設計基礎n壓力容器規(guī)則設計與分析設計n應力分析設計方法概要壓力容器規(guī)則設計與分析設計1、規(guī)則設計2、分析設計 3、規(guī)則設計與分析設計的比較 1、規(guī)則設計 設計準則設計準則 彈性失效準則容器只有完全處于彈性狀態(tài)時才是安全的，一旦結構內某點計算的最大應力進入塑性范圍，即達到或超過材料的屈服極限，就認為整個容器失效。 依據(jù)：靜載構件、平均應力 1、規(guī)則設計 缺點與局限性缺點與局限性由于不考慮可變載荷對容器各個部位引起不同的應力與變形，故無法進行疲勞分析和預計壽命，亦不能推測失效起源于何處。彈性失效并不表明容器的承載能力已經耗盡。不同性質的應力取同一應力評定判據(jù)是不合理的，這對設計復雜結構

2、的大型容器很不經濟。而有效利用結構的塑性行為已被證明是可行的。取較高的安全系數(shù)無疑掩蓋了失效的實質。其結果增加了材料消耗和制造成本，而對容器安全有時適得其反。 2、分析設計 設計準則設計準則 塑性失效準則只有當結構沿厚度方向全部屈服時，結構才失效。 疲勞失效準則一定許循環(huán)應力幅作用下的構件，只有其循環(huán)次數(shù)超過允許的最大循環(huán)次數(shù)后，才會發(fā)生疲勞破壞?？紤]了超出彈性范圍以后結構的塑性行為，放棄傳統(tǒng)的彈性失效準則。引入極限分析與安定分析概念，采用塑性失效設計準則。應用電子計算機技術和實驗測試技術，對復雜結構的容器整體，包括任何不連續(xù)區(qū)域都可以做詳細的彈性應力分析與計算。按不同性質的應力分類和失效形式

3、給予不同的限制條件。機械應力以極限載荷為界限；不連續(xù)應力或熱應力以安定載荷為界限。當反復受載需作疲勞分析時以疲勞試驗應力幅為界限。引用虛擬應力概念可以方便地對高應變區(qū)作彈性分析。2、分析設計 先進性先進性比較項目按規(guī)則設計按分析設計1規(guī)范名稱GB150-1998鋼制壓力容器JB4732-95鋼制壓力容器-分析設計標準2規(guī)范歷史（第一版或 前身出版年代）1989年1994年3設計壓力（最高）35MPa100MPa4設計溫度材料的許用溫度（可高于材料蠕變溫度）材料的蠕變溫度以下5不適用工況反復受載疲勞分析高溫蠕變6設計準則彈性失效準則塑性失效準則；疲勞失效準則7采用強度理論最大主應力理論最大切應力

4、理論8應力分類不分類按應力性質不同分類3. 規(guī)則設計與常規(guī)設計的比較9應力分析方法材料力學，板殼力學彈性有限元法，彈性理論和板橋理論解析法，試驗應力測試法10計算復雜性以膜應力為基礎計算，簡單各種應力均需全面計算，復雜11對熱應力的考慮通常與機械應力迭加作為二次應力12應力評定判據(jù)取相同判據(jù)按應力分類取不同判據(jù)13基本安全系數(shù)（最?。﹏b=3,ns=1.6nb=2.6,ns=1.514材料控制（以鋼板為例）符合壓力容器常規(guī)要求比前者要求嚴格許用應力分類GB150-98,約27種JB4732-95,約27種15制造與檢驗按壓力容器常規(guī)要求比前者要求嚴格制造資格要有壓力容器制造許可證必須有相應的許

5、可證，例如第三類壓力容器許可證16綜合經濟性一般結構的容器綜合經濟性好大型、復雜結構的容器綜合經濟性好（用戶需提供詳細的設計任務書）關于材料的要求（鋼板）比較項目GB150-98JB4732-951采用的鋼板標準GBYB(T),冶金部推薦，技術要求較高；GB鋼板常溫強度指標高合金鋼板 無有2鋼板超聲波監(jiān)測條件與合格級別(逐張)包扎容器內筒鋼板 級 地合金鋼板，25mm 級16MnR, 30mm 級20R, 38mm 級包扎容器內筒鋼板 級調質鋼板 級不分材料，20mm 級3拉伸和沖擊試驗（逐張）調質鋼板包扎容器內筒鋼板調質鋼板包扎容器內筒鋼板厚度50mm4最高使用溫度(舉例)20R,16MnR

6、 475 15CrMoR 550 0Cr19Ni9 700 20R,16MnR 375 15CrMoR 475 0Cr19Ni9 425 使用溫度下限-200(低于0或10做沖擊試驗）低溫用鋼板最低使用溫度（最低沖擊試驗溫度）16MnR正火，6-25mm, -20 16MnDR正火，6-32mm, -4009Mn2VDR正火,6-32mm,-7006MnNbDR正火,6-16mm,-9016MnR正火，6-100mm -20 16MnDR正火，6-32mm, -40 09Mn2VDR正火,6-20mm,-50 09MnNiDR正火,6-60mm,-70 5鋼板的韌性要求(以沖擊功Akv表示)2

7、0R 18J16MnR,15MnVR 20J15MnVNR,18MnMoNbR,18MnNiMoNbR 27Jb 450MPa 20J 450-515MPa 24J 515-590MPa 27J 590-650MPa 31J6可否使用非壓力容器用鋼板p 1.0MPa, t=0-350 16mm,可用A3或阿AY3不可7可否使用沸騰鋼板p 0.6MPa, t=0-250 12mm,可用A3F或AY3F不可比較項目GB150-98JB4732-951使用范圍單層壓力容器多層包扎壓力容器熱套壓力容器單層壓力容器多層包扎壓力容器熱套壓力容器鍛焊壓力容器2制造用材料應有確認標記不明確明確并對使用硬印標記

8、有限制3封頭的形狀偏差(封頭內徑為Df)檢查用樣板弦長不小于3/4Df封頭深度不大于45%Df,檢查樣板弦長等于Df封頭深度大于45%Df,一律按外壓封頭從嚴要求封頭直邊縱向皺折深度不大于1.5mm4焊縫對口錯邊量不考慮材料因素，按焊縫類別和厚度規(guī)定允許錯邊量。例如縱向焊縫，厚度50mm,錯邊量允許3mm增加考慮材料因素，且允許錯邊量從嚴，例如 b540MPa,條件與GB150相同，允許錯邊量2.4mm5兩板厚度不等，需要減薄的條件(薄板厚度為2)2 10mm，厚度差3mm;2 10mm，厚度差30%2;或5mm不分板厚，厚度差25%2 ,或3mm制造和檢驗的要求6殼體直線度允差長度 L20m

9、m,允差2/1000; 20mmL30mm,允差1/1000不分長短檔次，允差1/10007接管底部要求沒有規(guī)定內表面轉角半徑r1/4殼厚，且不大于20mm對于插入接管， r1/4管厚，且不大于10mm8對焊縫的接頭余高按施焊方法與焊縫深規(guī)定余高。例如手工焊，25mm50mm,余高0-4mm考慮材料因素與焊縫深度規(guī)定余高，例b540MPa, 25mm50mm,余高3mm9焊接接頭表面不應有的缺陷裂紋、氣孔、弧坑、夾渣；除規(guī)定材料不得咬邊外，其他咬邊深0.5mm，長100mm，兩側咬邊總廠度不得超過焊縫長度的10%裂紋、氣孔、咬邊、弧坑、夾渣10焊接引弧要求不做具體規(guī)定禁止在非焊接部位引弧11焊

10、后熱處理規(guī)定需要進行熱處理的材料厚度，不規(guī)定熱處理方法需要進行熱處理的材料厚度同GB150,但明確規(guī)定焊后熱處理方法，包括進出爐最高爐溫，升降溫速度和爐溫均勻性的要求12焊接試板規(guī)定有條件的每臺容器應制備焊接試板，例如厚度20mm的15MnVR容器，或b540MPa鋼制容器等每臺容器至少制備一塊焊接試板13焊縫探傷要求規(guī)定以外的對接焊縫，允許局部探傷，檢查長度20%，且不少于250mm合格級別； 100%射線探傷、級，超聲波探傷，級；局部射線探傷，級，超聲波探傷， 級對接焊縫與厚度65mm的角焊接頭，應進行100%射線或超聲波探傷。合格級別：射線探傷，級；超聲波探傷，級14焊縫探傷人員資格勞動

11、部門頒發(fā)的資格證書勞動部門頒發(fā)的級探傷或級超聲波探傷資格證書15焊接工藝規(guī)程，施焊與熱處理記錄等保存期7年10年應力分析設計方法概要一、應力性質薄壁容器厚壁容器平板端蓋殼體不連續(xù)區(qū)容器支座區(qū)容器接管區(qū)1.容器熱應力一、應力性質1.薄壁容器)2(221222rrTprTpr應力特點：沿壁厚均布；平衡外載，無自限性；外壓時為壓應力，需考慮失穩(wěn)。一、應力性質2.厚壁容器izrRRKKprRKprRKp02220222021)1 (1)1 (1一、應力性質2.厚壁容器 為了分析應力的性質，將非線性分布的應力視為均勻分布、線性分布和非線性分布的三部分的疊加。RiR0mfbb按合力等效原則確定按凈彎矩等效

12、原則確定合力等效原則均布部分一、應力性質2. 厚壁容器00RRRRmiidrdr1)1 (1102202220KpdrrRKpRRRRimi凈彎矩等效原則線性部分00)(RRmRRiirdrrdr)21(1ibRrKK)ln121 () 1(322KKKKpKb非線性部分mf 應力的特點：均勻分布的應力與薄壁容器中的薄膜應力具有相同的性質，來源于與內壓力的平衡，遍及整個筒體，無自限性。應力梯度實際上是由筒體內外各處變形不同引起的。源于變形協(xié)調，具有自限性。非線性分布應力為應力梯度中的非線性部分。具有自限性，只出現(xiàn)在局部小范圍。一、應力性質2. 厚壁容器一、應力性質3、平板端蓋環(huán)向應力徑向應力應力主要特點：應力沿板厚線性分布，最大值在板表面，中間面應力為零；與外載荷相平衡，無自限性，隨半徑r不同而變化;板的上下表面首先屈服，之后應力