对压力容器的机械强度可靠性设计的简单探讨

对压力容器的机械强度可靠性设计的简单探讨摘要:对于压力容器一般设计中的不足,可以采用可靠理论性理论中的强度,即:应力干涉模型,将可靠性的设计运用到压力容器中。

可靠性设计是假设各个参量都是随机变量,按照实验的数据和工作环境确定出概率特征,再根据压力容器的重要性规定可靠度设计的方法。

随着科学技术的快速发展,压力容器的强度和载荷测试的水平也在不断提高,大量的实验结果表明:人们对各个参数随机性的认识在不断增强,所以压力容器的可靠性方法设计是未来不断发展的趋势。

关键词:压力容器强度可靠性设计
1 理论基础
由于压力容器的强度和几何尺寸都是随机变量,当然它所承载的负荷也不会成为恒定值,所以强度和应变力在一般情况下为随机变量。

压力容器的可靠性是一个综合性的过程:和设计、制造、维护、应用等每个阶段有很大关系,而设计决定着产品的可靠性水平,也就是产品的固有可靠度。

如果强度和应力都是随机变量时,并且符合正常状态的分布,那么根据强度和应力干涉模型理论可知可靠性。

根据压力容器应力的计算公式,可知筒体最大的应力应为：
针对一些重要环境恶劣的工作环境和承受应力复杂的设备,需要注意到决定载荷和应力等因素的计算方法会出现的一些差错,可以把零件工作应力的平均值扩大n(强度储存系数)倍,能够保证零件具备一定的强度储备。

但要注意的是,这里的系数不能为一般设计中的安全
系数。

可以列式为:
上式表明可靠性指数与强度储备系数的关系。

其中强度储备系数n取1.0～1.25之间。

2 压力容器可靠性设计的步骤
压力容器可靠性设计的具体步骤为以下6点。

(1)首先确定出可用可靠度[R]和强度储备系数n;
(2)按照B=[R]。

计算零件的故障概率F=1－R;
(3)根据F的值查标准正常状态分布情况,并确定出可靠度指数β;
(4)确定材料承受载荷的分布参数;
(5)根据可靠度知求出应力均值;
(6)根据均值和应力与尺寸的关系,确定出对应的壁厚尺寸。

3 工程强度可靠性设计
工程设计实例。

假设压力容器壳体材料是16MnR,屈服最大值是325MPa,钢板厚度的尺寸变差系数为0.03～0.05之间,设计压力为P＝(9.8±0.49)MPa,温度是常温,壳体内径D＝(800±0.49)mm,屈服强度变差系数=0.07,焊缝系数为1.0。

可靠性设计方法如下。

假设所有的量都在正在状态下分布则存在通的半径为:
允许破坏概率为10-5，则可靠度R=0.99999，查标准正太函数表得β=4.27，选取强度储备系数n=1.0,即:
通过可靠性设计可以看出,其主要是定量地反映了容器的可靠程度。

4 结语
压力容器一般设计中存在着安全系数有很大主观随意性的问题,
可靠性设计方法主要体现在零、部件上的应力和零、部件的强度都不是恒定的,而是随机变动的,具有很强的离散性质。

进行可靠的目的是要达到很好的可靠水平。

实际上,压力容器的可靠性设计是一般设计的深化和提升,必须需要压力容器的零、部件所有方面的计算和设计才可取得良好成果。

参考文献
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