压力容器的疲劳分析及设计
压力容器的疲劳分析及设计
摘要：随着石油化工和其他工业的迅速发展，元件结构和载荷的日趋复杂，疲劳破坏成为压力容器失效的主要原因之一。尽管人们对疲劳问题已引起足够重视，但疲劳破坏事故仍然不断发生。所以，对压力容器疲劳问题进行研究具有重要的意义。
关键词：压力容器疲劳分析设计
一、背景
国际标准化组织（ISO）在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中对疲劳所做的定义是：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳”这一描述也普遍适用于非金属材料。
对疲劳可以从不同的角度进行分类。在常温下工作的结构和机械的疲劳破坏取决于外载的大小。从微观上看，疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关，但从宏观上看，在循环应力水平较低时，弹性应变起主导作用，此时疲劳寿命较长，称为应力疲劳或高周疲劳；在循环加力水平较高时，塑性应变起主导作用，此时疲劳寿命较短，称为应变疲劳或低周疲劳，压力容器的疲劳就属于高应力底周期的疲劳。
二、材料疲劳缺陷产生的原因
压力容器发生疲劳破坏的时候，一般没有明显的塑性变形的标志出现，这是由于局部的高应力集中区应力的峰值超过了材料的屈服极限值，发生了晶粒滑移，随着载荷的不断往复作用，晶粒逐渐从高应力集中区分散开，从而产生了裂纹，这种裂纹不断扩大到整个集中区域最终产生疲劳断裂。
压力容器中产生疲劳断裂的区域有以下几个区域：
1.开孔接管区域，这边由于开孔之后，材料缺失，这部分及其容易形成应力集中区，从而导致产生疲劳缺陷。
2.支座连接区及封头连接区域，这部分是由于焊接之后，产生的各种问题，导致应力集中，同时在焊接的时候高温促进了晶粒的滑移速度的加快，这样更容易产生应力的集中，从而容易导致疲劳缺陷。
3.压力容器的总体区域，在这些区域中一些原始的缺陷：如焊接的残余应力，容器板材加工过程中的应力，都可能导致应力的集中，从而产生疲劳缺陷。
为了解决这些问题，需要在设计时，从各个方面来对这些问题进行处理。
压力容器设计基础
压力容器设计基础 压力容器设计基础 一、基本概念 压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式，选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺寸，最后给出容器及其零部件的图纸，并提出相应的技术条件。正确完整的设计应达到保证完成工艺生产。正确完整的设计应达到保证完成工艺生产，运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验、安装、操作及维修方便易行，经济合理等要求。压力容器设计中的关键问题是力学问题，即强度、刚度及稳定性问题。在本节中，主要讨论压力容器设计中的有关强度问题。 所谓强度，就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发生破裂或由于过度性变形而丧失其功用。具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力不大于材料的许用 应力值，即： ζ≤K〔ζ〕t （1） 这个式子就是强度问题的基本表达式。压力容器的设计计算就是围绕这一关系式而进行 的。 公式（1）中的左端项是结构内的应力，它是人们最为关心的问题。求解结构的应力状态，它们的大小，是一个十分复杂的问题，常用的方法有解法（如弹性力学法、弹型性分析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界元法等）。应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力，然而，每一种结构的应力都有其特殊性，目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复杂结构的应力分析有等人们进一步探讨。求出结构内任一点的应力后，所遇到的问题就是怎样处理这些应力。一点的应力状态最多可含有6个应力分量，哪个应力起主要作用，这些应力对失效起什么作用，对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制在许可的范围内。 公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的许用应力。它涉及到材料强度指标（如抗拉强度ζb、屈服强度ζs 等）的确定及安全系数的选用等问题。当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法，K≥1.0，此时 设计计算将更加复杂。 把强度理论（公式(1)）具体应用到压力容器专业，就称这为压力容器的强度理论，它又增加了一些具体的规定和特殊要求，由此产生了一系列容器的设计规定和标准等。 1、强度理论及其应用 在对结构进行强度分析时，要对危险点处于复杂应力状态的构件进行强度计算，首先要知道是什么因素使材料发生某一类型破坏的。长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析，提出了各种各样的假说，认为材料的某一类型破坏现象是由哪些因素所引起的，这种假说通常就称为强度理论。一种类型的破坏是脆性断裂破坏，第Ⅰ、Ⅱ强度理论依据于它；一种类型的破坏是型性流动破坏，第Ⅲ、Ⅳ强度理论以此为依据。 建立强度理论的目的就是要找出一种材料处于复杂应力状态下强度条件，即使是什么样的条件材料不会破坏失效。根据不同的强度理论可以得到复杂应力状况下三个元应力的某种组合，这种组合应力ζxd和轴向拉伸时的单向拉应力在安全程度上是相当的，具有可比性，可以与单向屈服应力相比较而得出强度条件，因此，通常称ζxd为相当应力或当量应力。
浅析压力容器分析设计的塑性措施
引言 《压力容器》“压力容器应力分析设计方法的进展和评述”中曾介绍和评述了压力容器分析设计的弹性应力分析方法（又称应力分类法）的最新进展。本文将进一步介绍和评述压力容器分析设计的塑性分析方法，包括ASME的极限载荷分析方法、弹塑性应力分析方法和欧盟的直接方法等。 压力容器设计是一个创新意识非常活跃的工程领域，它紧跟着科学技术的发展而不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟，20世纪60年代，压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的“弹性应力分析设计方法”。进入21世纪后，由于塑性理论和非线性有限元分析方法的日趋成熟，欧盟标准和ASME规范又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。其中涉及许多新的基本概念和新的分析方法，需要我们及时学习领会和消化吸收，以提高我们的分析设计水平，并结合国情进一步修订我国的压力容器设计规范。 ASME和欧盟的新规范都是以失效模式为主线来编排的。ASME考虑了以下4种模式： （1）防止塑性垮塌。对应于欧盟的“总体塑性变形(GPD)”失效模式。 （2）防止局部失效。 （3）防止屈曲（失稳）垮塌。对应于欧盟的“失稳（I）”失效模式。 （4）防止循环加载失效。对应于欧盟的“疲劳（F）”和“渐增塑性变形（PD）”2种失效模式。 欧盟还考虑了“静力平衡（SE）”失效模式，即防止设备发生倾薄。 文中讨论的塑性分析设计方法主要应用于防止塑性垮塌和防止局部失效2种情况。 1、极限载荷分析法 在一次加载情况下，结构的失效是一个加载历史过程，即随着载荷的增加从纯弹性状态到局部塑性状态再到总体塑性流动的失效状态。对无硬化的理想塑性材料和小变形情况，结构进入总体塑性流动时的状态称为极限状态，相应的载荷称为极限载荷。此时，结构变成几何可变的垮塌机构，将发生不可限制的塑性变形，因而失去承载能力。 一般的弹塑性分析方法都要考虑上述复杂的加载历史过程，但极限载荷分析法（简称极限分析）则另辟蹊径，跳过加载历史，直接考虑在最终的极限状态下结构的平衡特性，由此求出结构的承载能力（即极限载荷）。它是塑性力学的一个
压力容器设计方法分析对比.docx
压力容器设计方法分析对比 目前我国压力容器设计所采用的标准规范有两大类：一类是常规设计标准，以GB150-2011《压力容器》标准为代表；另一类是分析设计,以JB4732-1995《钢制压力容器--分析设计标准》为代表。两类标准是相互独立的、自成体系的、平行的压力容器规范, 绝对不能混用, 只能依据实际的工程情况而选其一。 设计准则比较 常规设计主要依据是第一强度理论，认为结构中主要破坏应力为拉应力，限定最大薄膜应力强度不超过规定许用应力值，当结构中某最大应力点一旦进入塑性, 结构就丧失了纯弹性状态即为失效。常规设计是基于弹性失效准则,以壳体的薄膜理论或材料力学方法导出容器及其部件的设计计算公式。一般情况它仅考虑壁厚中均布的薄膜应力，对于边缘应力及峰值应力等局部应力一般不作定量计算，如对弯曲应力。 分析设计的主要依据是第三强度理论，认为结构中主要破坏应力为剪切力。采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的“塑性失效”与“弹塑性失效”的设计准则，对容器的各种应力进行精确计算和分类。对不同性质的应力, 如：总体薄膜应力、边缘应力、峰值应力等；同时还考虑了循环载荷下的疲劳分析, 在设计上更合理。 标准适用范围对比 常规设计标准GB150-2011适用于设计压力大于或等于且小于35MPa，及真空度高于。对于设计温度，GB150-2011规定为-269℃-900℃，是按钢材允许的使用温度确定设计温度范围, 可高于材料的蠕变温度范围。 " 分析设计标准JB4732-1995适用于设计压力大于或等于且小于100MPa，及真空度高于。对于设计温度，JB4732-1995 将最高的设计许用温度限制在受钢材蠕变极限约束的温度。 应力评定对比 常规设计标准GB150-2011，采用统一的许用应力，如容器筒体，是采用“中径公式”进行应力校核，最大应力满足许用应力即可。 分析设计标准JB4732-1995的核心是将压力容器中的各种应力加以分类，根据所考虑的失效模式比较详细地计算了容器及受压元件的各种应力。根据各种应力本身的性质及对失效模式所起的不同作用予以分类如下： 一次应力
ANSYS在压力容器应力分析优化设计中的应用
ANSYS在压力容器应力分析优化设计中的应用 刘金纯 抚顺石油化工设计院 113006 摘要压力容器应力分析设计法正在我国石油、化工等行业得到迅速地普及和发展。应用ANSYS软件提供的参数化设计语言和优化设计等高级分析技术，我们可以采用一种新的“结构 优化法”进行压力容器的应力分析设计。该方法具有设计计算周期短、工作量小等优点，具有应 用推广价值。 关键词ANSYS 压力容器 应力分析 优化设计 1 前言 随着我国压力容器设计观点、设计方法和设计标准的不断更新，以及电子计算机技术的快速发展，应用有限元分析程序对压力容器进行分析设计这一先进的设计方法正在石油、化工、核工业等行业的设备设计工作中，得到迅速的推广。在众多可用的通用和专用有限元软件中，ANSYS做为最通用有效的有限元软件之一，也在压力容器的应力分析设计中得到了广泛应用。 应用有限元分析程序进行压力容器应力分析的标准过程都是根据设计条件，用解析计算方法或根据经验值确定容器的初始结构尺寸，按照该结构尺寸用有限元程序建模、求解，再对得出的应力分析结果进行强度评定。如果强度评定不合格则根据设计者的经验对初始尺寸进行修改，然后再次建模、求解，进行强度评定，如此反复，直至强度评定合格为止。用这种方式进行压力容器的应力分析设计存在以下一些不足： 1.设计人员工作量大，设计计算的时间周期长；特别是模型较复杂或修改较多时，更是 如此； 2.对设计人员的工作经验要求比较高，同一台容器，不同的人员设计，往往会得到差异 较大的不同结果； 3.对容器各部分，尤其是形状比较复杂部位结构尺寸的确定往往偏于保守，造成材料浪 费。 现在，利用ANSYS程序提供的参数化设计语言（ADPL）和优化设计等高级分析技术，我们可以采用一种“结构优化法”进行压力容器的分析设计和结构优化。所谓的“结构优化法”，就是以应力强度S I、SⅡ、SⅢ、SⅣ满足设计标准要求的应力强度控制值作为约束条件，通过ANSYS的优化设计功能，求得使容器重量最小的容器结构尺寸。它与一般方法的主要区别是将以往由人工确定初始结构尺寸变为由软件通过计算自动确定，并且软件给出的这些结构尺寸是满足应力强度控制条件的优化值。 2 “结构优化法”的基本过程 “结构优化法”的基本过程如图一所示。 在这一过程中，为简化计算和便于各应力强度的控制，将容器结构参数的优化分为“优化容器基本结构参数”和“优化容器局部结构参数”两个步骤来进行。容器基本结构是组成容器壳体结构的筒体、封头、接管、管板等基本板壳部件（简称元件）。容器基本结构参数指的是在不考虑应力集中和边缘效应的情况下，元件的结构尺寸。“优化容器基本结构参数”是以参数化建模的方式分别分析计算各个元件在设计外载作用下，不受其它元件约束，可以自由变形时的应力分布。然后，选取可能出现最大一次整体薄膜应力（P m），最大一次薄膜
压力容器的疲劳分析及设计
压力容器的疲劳分析及设计 摘要：随着石油化工和其他工业的迅速发展，元件结构和载荷的日趋复杂，疲劳破坏成为压力容器失效的主要原因之一。尽管人们对疲劳问题已引起足够重视，但疲劳破坏事故仍然不断发生。所以，对压力容器疲劳问题进行研究具有重要的意义。 关键词：压力容器疲劳分析设计 一、背景 国际标准化组织（ISO）在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中对疲劳所做的定义是：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳”这一描述也普遍适用于非金属材料。 对疲劳可以从不同的角度进行分类。在常温下工作的结构和机械的疲劳破坏取决于外载的大小。从微观上看，疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关，但从宏观上看，在循环应力水平较低时，弹性应变起主导作用，此时疲劳寿命较长，称为应力疲劳或高周疲劳；在循环加力水平较高时，塑性应变起主导作用，此时疲劳寿命较短，称为应变疲劳或低周疲劳，压力容器的疲劳就属于高应力底周期的疲劳。 二、材料疲劳缺陷产生的原因 压力容器发生疲劳破坏的时候，一般没有明显的塑性变形的标志出现，这是由于局部的高应力集中区应力的峰值超过了材料的屈服极限值，发生了晶粒滑移，随着载荷的不断往复作用，晶粒逐渐从高应力集中区分散开，从而产生了裂纹，这种裂纹不断扩大到整个集中区域最终产生疲劳断裂。 压力容器中产生疲劳断裂的区域有以下几个区域： 1.开孔接管区域，这边由于开孔之后，材料缺失，这部分及其容易形成应力集中区，从而导致产生疲劳缺陷。 2.支座连接区及封头连接区域，这部分是由于焊接之后，产生的各种问题，导致应力集中，同时在焊接的时候高温促进了晶粒的滑移速度的加快，这样更容易产生应力的集中，从而容易导致疲劳缺陷。 3.压力容器的总体区域，在这些区域中一些原始的缺陷：如焊接的残余应力，容器板材加工过程中的应力，都可能导致应力的集中，从而产生疲劳缺陷。 为了解决这些问题，需要在设计时，从各个方面来对这些问题进行处理。
压力容器ansys有限元分析设计实例
ANSYS 应力分析报告Stress Analysis Report 学生姓名 学号 任课教师 导师
目录 一. 设计分析依据 (2) 1.1 设计参数 (2) 1.2 计算及评定条件 (2) 二. 结构壁厚计算 (3) 三. 结构有限元分析 (4) 3.1 有限元模型 (5) 3.2 单元选择 (5) 3.3 边界条件 (6) 四. 应力分析及评定 (7) 4.1 应力分析 (7) 4.2 应力强度校核 (8) 4.3疲劳分析校核 (11) 五. 分析结论 (11) 附录1设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(A) (12) 附录2设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(B) (13) 附录3设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(C) (14) 附录4设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(D) (16) 附录5设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(E) (17) 附录6设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(F) (19) 附录7设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(G) (20) 附录8设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(H) (21)
一. 设计分析依据 （1）《压力容器安全技术监察规程》 （2）JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005确认版） 1.1 设计参数 表1 设备基本设计参数 1.2 计算及评定条件 (1) 静强度计算条件 表2 设备载荷参数
注：在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算，本报告中分别选用设计载荷进行进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。 (2) 材料性能参数 材料性能参数见表3，其中弹性模量取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2和表6-6确定。 表3 材料性能参数性能 (3) 疲劳计算条件 此设备接管a 、c 上存在弯矩，接管载荷数据如表4所示。 表4 接管载荷数据表 二. 结构壁厚计算 按照静载荷条件，根据JB4732-95第七章（公式与图号均为标准中的编号）确定设备各元件壁厚，因介质密度较小，不考虑介质静压，同时忽略设备自重。 1.筒体厚度 因P c =2.97MPa<0.4KS m =0.4×1×134.8=53.92MPa ，故选用JB4732-95公式（7-1）计算筒体厚度： 计算厚度： c m i c P KS D P -=2δ=97 .28.134********.2-???=44.56mm
压力容器设计人员综合考试题及答案(二)
2013年压力容器设计人员综合考试题姓名：得分 一、填空（本题共20 分，每题2 分） 1 、当载荷作用时，在截面突变的附近某些局部小范围内，应力数值急剧增加，而离开这个区域稍远时应力即大为降低，趋于均匀，这种现象称为_应力集中。 点评：这是弹性力学的基本概念。常见于压力容器的受压元件。 2、在正常应力水平的情况下，Q245R 钢板的使用温度下限为-20℃。 点评：该题出自GB150.2，表4，考查设计人员对材料温度使用范围的掌握。 3、对于同时承受两个室压力作用的受压元件,其设计参数中的 计算压力应考虑两室间可能出现的最大压力差。 点评：考查设计压力与计算压力的概念，GB150 .1 4.3.3 规定。 4、焊接接头系数的取值取决于焊接接头型式_和无损检测长度比例。 点评：考查设计人员对焊接接头系数选取的理解。 5、整体补强的型式有：a. 增加壳体的厚度，b.厚壁管，c. 整体补强锻件__ 。 点评：GB150.3 6.3.2.2 的规定 6、椭圆封头在过渡区开孔时，所需补强面积A 的计算中，壳体的计算厚度是指椭圆封头的_ 计算_厚度。 点评：明确开孔部位不同，开孔补强计算所用的厚度不同，见公式5-1（P116），开孔位于。 7、奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验时，应严格控制水中的氯离子含量不超过 25mg/L 。试验合格后，应立即将水渍去除干净。 点评：见GB150.4 11.4.9.1 8、压力容器的对接焊接接头的无损检测比例，一般分为全部（100%）和局部（大于等20%）两 种。对碳钢和低合金钢制低温容器，局部无损检测的比例应大于等于50% 。 点评：《固容规》第4.5.3.2.1 条。 9、换热器设计中强度胀中开槽是为了增加管板与换热管之间的拉脱力而对管孔的粗糙度要求 是为了密封。 点评：考察设计者对标准的理解和结构设计要求的目的。 10、压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材的P≤%、S ≤% 二、选择（本题共20 分，每题 2 分，以下答案中有一个或几个正确，少选按比例得分，选 错一个不得分） 1 、设计温度为600℃的压力容器，其壳体材料可选用的钢板牌号有a、b. a.S30408, b.S31608, c.S31603 点评：奥氏体不锈钢当温度超过525℃时，含碳量应不小于0.04%，超低碳不锈钢不能适用，因热强性下降，此题是考查此概念。 2 、外压球壳的许用外压力与下述参数有关b，d 。 a.腐蚀裕量 b.球壳外直径 c.材料抗拉强度 d.弹性模量 点评：本题为基本概念试题，考查影响许用外压力的的有关因素 3、外压计算图表中，系数A 是（a，c，d ）。 a. 无量纲参数 b. 应力 c. 应变 d 应力与弹性模量的比值
存在裂纹的压力容器疲劳断裂分析
存在裂纹的压力容器疲劳断裂分析 摘要：为了分析工程中常见的破坏性极大的压力容器疲劳问题，基于断裂力学理论将存在初始裂纹的压力容器等效为无穷远处作用均匀拉应力的含中心裂纹无限大板问题，解出表面半椭圆裂纹和穿透裂纹的应力强度因子；利用断裂判据得到裂纹的临界断裂尺寸；采用Paris 表达式对裂纹扩展速率进行描述，推导出初始裂纹在不同裂纹尺寸和形式下的裂纹疲劳扩展寿命。结果表明，对于存在不同尺寸和形式裂纹的压力容器，其疲劳寿命可以由裂纹疲劳扩展寿命明确表示，并且为现役压力容器的安全评定提供一定的理论依据。 关键词：压力容器；裂纹扩展；临界裂纹尺寸；疲劳寿命Fatigue Fracture Analysis of Pressure Vessel with Cracks Abstract：In order tO study the fatigue of pressure vessel commonly encountered problem in engineering with large destructibility，based on the theory of fracture mechanics，the pressure vessel existing original crack was equivalent tO the problem of infinite flat with center crack．The stress intensity factors of infinite flat forced uniform tensile stress at infinite place with surface half ellipse crack and through crack were deduced．The critical crack size can be ascertained by the criterion．Using the Paris expression tO analyze the crack extends speed，the crack fatigue extension
2020年压力容器设计人员考试大纲
（情绪管理）压力容器设计人员考试大纲
压力容器设计人员考核大纲 (2012) SummaryofCheckingContentforDesignerandApproverofPressu reVesselDesign 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 2012年02月20日 目录 第壹章总则 (1) 第二章常规设计审批人员考试内容 (1) 第三章分析设计人员考试内容 (4) 第四章附则 (5) 压力容器设计人员资格考试大纲 第一章总则 第壹条为规范压力容器设计人员资格考试工作，依据为国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器安全监察局颁布的TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》（以下简称规则）及全国锅炉压力容器标准化技术委员会制定的《压力容器设计人员考试规则》（2012），制定本规则。 第二条本规则适用于A、C、D类压力容器设计（以下称常规设计）审批（含审核、审定人）人员及SAD类压力容器分析设计（以下称分析设计）设计人、审批人的考核工作。
第二章常规设计审批人员考试内容 第三条A、D类压力容器设计审批人考试内容： （壹）理论考试要求： 1．应熟悉压力容器设计关联的基本基础知识，包括材料、结构、力学基础、设计计算方法、热处理、腐蚀、焊接、无损检测等； 2．应熟练掌握压力容器设计关联的法规、安全技术规范、标准、文件；3．能够正确解决压力容器设计、制造中常见的实际工程问题； 4．熟悉且及时掌握压力容器行业关联的标准信息 （二）关联的安全技术规范文件： TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》等 （三）关联的标准规范： GB150.1~GB150.4《压力容器》 GB151《管壳式换热器》 GB12337《钢制球形储罐》 GB50009《建筑结构载荷规范》 GB50011《建筑抗震设计规范》 JB/T4710《钢制塔式容器》
压力容器分析设计习题
第一章 1、固体力学有那几个基本假设？有何意义？ 答：a、均匀性假设 b、各向同性假设 c、连续性假设 d、小变形假设 e、完全弹性假设 2、什么叫弹性、弹性变形？ 答、结构受外载荷后产生变形，这些变形在载荷除去后又能回复到原状的特性称为弹性； 产生的这种能够回复的变形称为弹性变形！ 3、什么是载荷？什么是交变载荷？ 答：物体之间的相互机械作用叫做载荷，随时间做交替变换的载荷称作交变载荷 4、举出作用在压力容器上的表面力与体积力、约束反力是否是外力？ 答： 5、内力和应力有什么区别？求解应力的目的是什么？ 答：应力是用来衡量内力分布规律，求解应力就是为了控制它的大小，使结构不至发生破坏 6、什么是全应力、正应力和剪应力？给出确切的定义、并以图示之。 答： 7、截面法的含义与用途是什么？ 答：用截面法求出截面上与外力相平衡的内力素，再求出应力在该截面上各点的应力分布规律 8、在用截面法之前是否可以把外力沿力的作用线移动？试举例说明。 答：不可以 9、仅有位移是否能够描述某点的变形状态？为什么？ 答：不能，还需要转角，还有线应变和角应变 10、角位移和角应变有什么不同？ 答：角位移即转角，指物体内某一截面或者线段在物体变形后相对于初始形状所转过的角度称为角位移，角应变的定义是在物体变形前交与某点的两条互为90°的直线在变形后的所改变的角度。 11、通过截面内力素情况，定义杆件受载形式 12、内力系存在并且是唯一的条件是什么 答：需要满足平衡方程和变形连续条件。 第二章 1、在轴向拉伸与压缩时，垂直于杆轴截面上的应力如何分布？ 答：均匀分布。 2、对于比较细长的杆件，拉伸与压缩是否就意味着轴力N的符号相反？ 3、何谓平截面假定？它将导致截面上应力如何分布。 答：变形前物体界面上的所有特征变形后还是处于同一个平面，这个假设能保证界面上的应力为线性分布。
浅谈压力容器的疲劳分析及设计
浅谈压力容器的疲劳分析及设计 随着石油化工和其他工业的迅速发展，元件结构和载荷的日趋复杂，疲劳破坏成为压力容器失效的主要原因之一。尽管人们对疲劳问题已引起足够重视，但疲劳破坏事故仍然不断发生。所以，对压力容器疲劳问题进行研究具有重要的意义。本文主要是对压力容器出现疲劳的原因及其设计进行分析论述。 标签：压力容器；疲劳；设计 压力容器的破坏形式有很多种，如脆性、韧性破坏，介质腐蚀破坏等。疲劳损傷有别于其他损伤模式，日常检查不容易发现，并且引发的事故突然，因此具有极大的潜在危害性，设备管理者应对其高度重视。 对疲劳可以从不同的角度进行分类。在常温下工作的结构和机械的疲劳破坏取决于外载的大小。从微观上看，疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关，但从宏观上看，在循环应力水平较低时，弹性应变起主导作用，此时疲劳寿命较长，称为应力疲劳或高周疲劳；在循环加力水平较高时，塑性应变起主导作用，此时疲劳寿命较短，称为应变疲劳或低周疲劳，压力容器的疲劳就属于高应力底周期的疲劳。下文将对压力容器疲劳的相关内容进行详细的论述。 1 压力容器疲劳缺陷产生的原因 压力容器发生疲劳破坏的时候，一般没有明显的塑性变形的标志出现，这是由于局部的高应力集中区应力的峰值超过了材料的屈服极限值，发生了晶粒滑移，随着载荷的不断往复作用，晶粒逐渐从高应力集中区分散开，从而产生了裂纹，这种裂纹不断扩大到整个集中区域最终产生疲劳断裂。 压力容器中产生疲劳断裂的区域有以下几个区域： 第一，开孔接管区域，这边由于开孔之后，材料缺失，这部分及其容易形成应力集中区，从而导致产生疲劳缺陷。 第二，支座连接区及封头连接区域，这部分是由于焊接之后，产生的各种问题，导致应力集中，同时在焊接的时候高温促进了晶粒的滑移速度的加快，这样更容易产生应力的集中，从而容易导致疲劳缺陷。 第三，压力容器的总体区域，在这些区域中一些原始的缺陷：如焊接的残余应力，容器板材加工过程中的应力，都可能导致应力的集中，从而产生疲劳缺陷。 为了解决这些问题，需要在设计时，从各个方面来对这些问题进行处理。 2 压力容器的疲劳设计分析
浅谈压力容器的两种设计方法
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/107315319.html, 浅谈压力容器的两种设计方法 作者：王艳 来源：《价值工程》2010年第15期 摘要:本文介绍了压力容器的两种设计方法,指出分析设计方法虽然相对复杂,但较常规设计方法更安全更经济,且随着计算机技术的发展、有限元方法的应用及各种功能软件的使用它将 会得到更广泛的应用。 Abstract: This paper introduces two kinds of pressure vessel design methods and points that analysis and design methods are relatively complex and more economical,but safer than the conventional design method,and with the development of computer technology,finite element method and software applications will be more widely used. 关键词:压力容器;常规设计;分析设计 Key words: pressure vessel;conventional design;analysis and design 中图分类号:TH49 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0166-01 压力容器是化工、冶金、轻工、纺织、机械以及航空航天工业中广泛使用的承压设备。尽管各类压力容器设备功能各异、结构复杂程度不一,但一般可将其分解为筒体、封头、法兰、 开孔、接管、支座等部件。 压力容器及其部件的两种设计方法分别是常规设计和分析设计。 常规设计是以弹性设计准则为基础,以壳体的薄膜理论或材料力学方法导出容器及其部件 的设计计算公式,这些公式均以显式表达,给出了压力、许用应力、容器主要尺寸之间的关系。它包含了设计三要素:设计方法、设计载荷及许用应力,但这些并不是建立在对容器及其部件进行详尽的应力分析基础之上。如容器筒体,是采用“中径公式”(根据内压与筒壁上均匀分布的薄膜应力整体平衡推导而得),一般情况它仅考虑壁厚中均布的薄膜应力,不考虑其它类型的应力,如对弯曲应力,只有当它特别显著、起主导作用时才予以考虑。实际上,当容器承载以后器壁上会出现多种应力,其中包括由于结构不连续所产生的局部高应力,常规设计对此只是结合经典力学理论和经验公式对压力容器部件设计做一些规定,在结构、选材、制造等方面提出要求,把局部应力粗略地控制在一个安全水平上,在考虑许用应力时选取相对高的安全系数,留有足够的安全裕度。因此,常规设计从本质上讲,可以说是基于经验的设计方法。 工程实际中我们用常规设计的观点和方法解决了很多问题,但也有一些问题无法解释,因为常规设计只考虑弹性失效,没有去深究隐含在许用应力值后面的多种失效模式。
压力容器设计基础知识讲稿(DOC 120页)
压力容器设计基础知识讲稿(DOC 120页) 部门： xxx 时间： xxx 制作人：xxx 整理范文，仅供参考，勿作商业用途
压力容器设计基础知识讲稿 （20140325） 目录 一．基本概念 1．1 压力容器设计应遵循的法规和规程 1．2 标准和法规（规程）的关系。 1．3 压力容器的含义（定义） 1．4 压力容器设计标准简述 1．5 D1级和D2级压力容器说明 二．GB150-1998《钢制压力容器》 1．范围 2．标准 3．总论 3．1 设计单位的资格和职责 3．3 GB150管辖的容器范围 3．4 定义及含义 3．5 设计参数选用的一般规定 3．6 许用应力
3．7 焊接接头系数 3．8 压力试验和试验压力 4．对材料的要求 4．1 选择压力容器用钢应考虑的因素 4. 2 D类压力容器受压元件用钢板 4．3 钢管 4．4 钢锻件 4. 5 焊接材料 4．6 采用国外钢材的要求 4．7 钢材的代用规定 4．8 特殊工作环境下的选材 5．内压圆筒和内压球体的计算 5. 1 内压圆筒和内压球体计算的理论基础5．2 内压圆筒计算 5．3 球壳计算 6．外压圆筒和外压球壳的设计 6．1 受均匀外压的圆筒（和外压管子）6．2 外压球壳 6．3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6．4 外压圆筒加强圈的计算 7．封头的设计和计算 7．1 封头标准
7．2 椭圆形封头 7. 3 碟形封头 7．4 球冠形封头 7．5 锥壳 8．开孔和开孔补强 8．1 开孔的作用 8．2 开检查孔的要求 8．3 开孔的形状和尺寸限制 8．4 补强要求 8．5 有效补强范围及补强面积 8．6 多个开孔的补强 9 法兰连接 9．1 简介 9．2 法兰连接密封原理 9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9．4 法兰型式 9．5 法兰连接计算要点 9．6 管法兰连接 10．压力容器的制造、检验和验收 10．1 制造许可 10．2 材料验收及加工成形 10. 3 焊接
压力容器应力分析设计方法的进展和评述优选稿
压力容器应力分析设计方法的进展和评述 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
压力容器应力分析设计方法的进展和评述压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。 压力容器概述 1.1.概念 所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。 1.2.用途 压力容器的用途十分广泛。它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
分析设计方法 在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。它的特点是: 2.1.要求对压力容器及其部件进行详细的弹性应力分析。可以采用理 论分析、数值计算或试验测定来进行弹性应力分析。 2.2.强度校核时采用塑性失效准则。包括用极限载荷控制一次应力,以防止整体塑性垮塌失效。用安定载荷控制一次加二次应力以及用疲劳寿 命控制最大总应力,以防止循环失效等。 2.3.根据塑性失效准则对弹性应力进行分类。 2.4.根据等安全裕度原则确定危险性不同的各类应力的许用极限值。 综合起来可以说,“应力分析设计”是一种以弹性应力分析和塑性失效准则为基础的应力分类设计方法。近年来被简称为“应力分类法”。早期(老版中)的“分析设计”只包含这一种方法。随着先进的力学分析方法 和手段的不断成熟(即其有效性和可靠性达到实际工程应用的水平),ASME 新版和欧盟标准都及时地扩充了“分析设计”采用的方法,同时对“分析设计”的含义也有所调整。最突出的表现为:
压力容器设计
《过程设备设计基础》 教案 4—压力容器设计 课程名称：过程设备设计基础 专业：过程装备与控制工程 任课教师：
第4章压力容器设计 本章主要介绍压力容器设计准则、常规设计方法和分析设计方法，重点是常规设计的基本原理和设计方法。 §4-1 概述 4.1概述 教学重点:压力容器设计的基本概念、设计要求 教学难点：无 压力容器发展趋势越来越大型化、高参数、选用高强度材料，本章着重介绍压力容器设计思想、常规设计方法和分析设计方法。 什么是压力容器的设计？ 压力容器设计是指根据给定的工艺设计条件，遵循现行规范标准的规定，在确保安全的前提下，经济正确地选取材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。 结构设计--------确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配和维修等要求。 强（刚）度设计---------确定结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性要求，以确保容器安全、可靠地运行。 密封设计--------选择合适的密封结构和材料保证密封性能良好。 4.1.1设计要求 设计的基本要求是安全性和经济性的统一，安全是前提，经济是目标，在充
分保证安全的前提下尽可能做到经济，经济性包括材料的节约、经济的制造过程和经济的安装维修。 4.1.2设计文件 压力容器的设计文件包括：设计图样 技术条件 设计计算书 必要时包括设计或安装使用说明书. 分析设计还应提供应力分析报告 强度计算书包括： ★设计条件、所用的规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力等。 ★装设安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器安全泄放量安全阀排量和爆破片泄放面积。 ★当采用计算机软件进行计算时，软件必须经“压力容器标准化技术委员会”评审鉴定，并在国家质量技术监督局认证备案，打印结果中应 有软件程序编号、输入数据和计算结果等内容。 设计图样包括：总图和零部件图 总图包括压力容器名称、类别、设计条件； 主要受压元件设计材料牌号及材料要求； 主要受压元件材料牌号及材料要求； 主要特性参数（如容积、换热器换热面积和程数） 制造要求；热处理要求；防腐蚀要求；无损检测要求；耐压试验和气密 性试验要求；安全附件的规格；压力容器铭牌位置； 包装、运输、现场组焊和安装要求；以及其他特殊要求。 4.1.3设计条件 设计条件可用设计条件图表示(设计任务所提供的原始数据和工艺要求) 设计条件图包含设计要求、简图、接管表等 简图-------示意性的画出容器本体、主要内件部分结构尺寸、接管位置、支座形式及其他需要表达的内容。 设计要求-------工作介质、压力和温度、操作方式与要求和其他。 为便于填写，设计条件图又分为 一般设计条件图
压力容器疲劳计算算例
Table of Contents 1. Summary (3) 2. Design Condition (3) 3. Loads Analysis (5) 3.1The determination of the required load for fatigue analysis (5) 3.2Working conditions of fatigue analysis (5) 4.Fatigue analysis (6) 4.1Model simplification (6) 4.2Mesh division (7) 4.3Constraint and loading (8) 4.4Calculation results (12) 4.5 Fatigue analysis (18) 5.Conclusion (20)
1.Summary The product undertaken by our company (x ): DN850X1550(WL-WL)Dehydrator（DWG NO.：x）. the design standard is ASMEⅧ-Ⅰ-2015ED & PED 2014/65/EU，the design conditions provided by customers are as follows：Design pressure is 2.5MPa，Design temperature is -60oC~300oC，operating pressure is 0MPa~2.1MPa，operating temperature is -40oC~275oC，Temperature & pressure fluctuation time is 11000. Due to the design pressure, design temperature, weight loads of equipment, insulation and attachments are not alternating load properties, and belong to the Static load category, which can be calculated according to ASME Ⅷ-Ⅰ2015 as per 17E.104/105.00-CAL. The Cyclic load in design conditions, which beyond the standard range of ASME VIII - I because of too many number of cycles for operating pressure and operating temperature. An additional calculation is needed. The fatigue analysis and checking calculation of the equipment are based on ASME Ⅷ-Ⅱstandard article 5 section 5.5《Prevent failure caused by cyclic loading》. 2.Design Condition The structure of the equipment as per below Fig.1
浅析压力容器分析设计的塑性措施
浅析压力容器分析设计的塑性措施 引言 《压力容器》“压力容器应力分析设计方法的进展和评述” 力 容器分析设计的弹性应力分析方法（又称应力分类法） 一步介 绍和评述压力容器分析设计的塑性分析方法，包括 方法、弹塑 性应力分析方法和欧盟的直接方法等。 压力容器设计是一个创新意识非常活跃的工程领域，它紧跟着科学技术的发展而 不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟， 20世纪60年代，压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的“弹性 应力分析设计方法”。进入21世纪后，由于塑性理论和非线性有限元分析方法 的日趋成熟，欧盟标准和ASMEK 范又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。 其中涉及许多新的基本概念和新的分析方法，需要我们及时学习领会和消化吸 收，以提高我们的分析设计水平，并结合国情进一步修订我国的压力容器设计规 范。 ASM 岳口欧盟的新规范都是以失效模式为主线来编排的。 ASME 考虑了以下4种模 式： （1） 防止塑性垮塌。对应于欧盟的“总体塑性变形 （GPD ）”失效模式。 （2） 防止局部失效。 （3） 防止屈曲（失稳）垮塌。对应于欧盟的“失稳（I ） ”失效模式。 （4） 防止循环加载失效。对应于欧盟的“疲劳（F ）”和“渐增塑性变形（PD ” 2种失效模式。 欧盟还考虑了“静力平衡（SE ”失效模式，即防止设备发生倾薄。 文中讨论的塑性分析设计方法主要应用于防止塑性垮塌和防止局部失效 2种情 况。 1、极限载荷分析法 在一次加载情况下，结构的失效是一个加载历史过程，即随着载荷的增加从纯弹 性状态到局部塑性状态再到总体塑性流动的失效状态。 对无硬化的理想塑性材料 和小变形情况，结构进入总体塑性流动时的状态称为极限状态， 相应的载荷称为 极限载荷。此时，结构变成几何可变的垮塌机构，将发生不可限制的塑性变形， 因而失去承载能力。 一般的弹塑性分析方法都要考虑上述复杂的加载历史过程，但极限载荷分析法 （简称极限分析）则另辟蹊径，跳过加载历史，直接考虑在最终的极限状态下结 构的平衡特性，由此求出结构的承载能力（即极限载荷）。它是塑性力学的一个 重要分支。极限分析求得的极限载荷与对弹性-理想塑性材料结构进行弹塑性小 变形分析的结果是完全一致的。 中曾介绍和评述了压 的最新进展。本文将进 ASME 勺极限载荷分析
压力容器设计基础知识讲稿
压力容器设计基础知识讲稿 （20140325） 目录 一．基本概念 1．1 压力容器设计应遵循的法规和规程 1．2 标准和法规（规程）的关系。 1．3 压力容器的含义（定义） 1．4 压力容器设计标准简述 1．5 D1级和D2级压力容器说明 二．GB150-1998《钢制压力容器》 1．围 2．标准 3．总论 3．1 设计单位的资格和职责 3．3 GB150管辖的容器围 3．4 定义及含义 3．5 设计参数选用的一般规定 3．6 许用应力
3．7 焊接接头系数 3．8 压力试验和试验压力 4．对材料的要求 4．1 选择压力容器用钢应考虑的因素 4. 2 D类压力容器受压元件用钢板 4．3 钢管 4．4 钢锻件 4. 5 焊接材料 4．6 采用国外钢材的要求 4．7 钢材的代用规定 4．8 特殊工作环境下的选材 5．压圆筒和压球体的计算 5. 1 压圆筒和压球体计算的理论基础5．2 压圆筒计算 5．3 球壳计算 6．外压圆筒和外压球壳的设计 6．1 受均匀外压的圆筒（和外压管子）6．2 外压球壳 6．3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6．4 外压圆筒加强圈的计算 7．封头的设计和计算 7．1 封头标准
7．2 椭圆形封头 7. 3 碟形封头 7．4 球冠形封头 7．5 锥壳 8．开孔和开孔补强 8．1 开孔的作用 8．2 开检查孔的要求 8．3 开孔的形状和尺寸限制 8．4 补强要求 8．5 有效补强围及补强面积 8．6 多个开孔的补强 9 法兰连接 9．1 简介 9．2 法兰连接密封原理 9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9．4 法兰型式 9．5 法兰连接计算要点 9．6 管法兰连接 10．压力容器的制造、检验和验收 10．1 制造许可 10．2 材料验收及加工成形 10. 3 焊接