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压力容器设计与应力分类

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摘要:对于压力容器来说,主要就包括了两类设计方式,即为常规设计、应力分析设计,文章就自相关的原理、方式等表述出了常规设计、应力分析设计间所具有的差别,加之容器中各类应力的性质及对失效模式所起的不同作用,同时,还说明了两种设计方法各自的优缺点及现阶段的应用,为在实际工作中选择科学且高效的设计方式给予更多的参照与凭据。

关键词:压力容器;应力;设计效果;问题;注意事项

1前言

现阶段,在我国,社会及经济都得到了十分迅速地进步及提升,所以,为了持续增强我国在国际中所具有的竞争能力,就应提升所有产品本身的质量与效果。压力容器大多都会被运用到原油、化工等相关的领域中,因为这类领域所需运用的原材料大多毒性较高,且十分易燃,若对压力容器开展的设计不够正确,就会使得产品最后的质量无法达标,甚至是引发各类安全意外。所以,设计相关人员在对压力容器实施设计期间,应更为细致及认真。

2设计方面的准则

(1)设计机构应制订出健全的质量保证体制,以凸显出更为良好的引导性及操作性,并贯彻至相应的设计中;(2)在对压力容器实施设计期间,应与工艺生产所给予的规定相符,其各类参数也应达标,仅有如此,才可以保障这类产品在进行运用期间具有相应的承压能力;(3)在化工领域中,因为其运用的原材料较易引发腐蚀,且毒性较高,如此,就会引发十分不利的后果。所以,压力容器在进行运转期间,应更为安全且顺畅;(4)在运用压力容器期间,应保障其运用年限,因为化工类原材料所具有的腐蚀性较强,所以,设计相关人员应顾虑到运用哪一方法来保障压力容器本身的运用年限,从而减少生产所需的成本;(5)压力容器要具有制作更为简易、操作更为方便等相关特征,如此,就规定了设计相关人员要保障压力容器的设计十分简易、且较易进行制造;另外,压力容器还应与各类特殊需要相符,比如,容器顶盖要能够随意进行拆解,以方便相关人员进行运用。

3应力的各种分类

应力分析设计的关键就是把压力容器中所具有的所有应力依据应力本身的性质及对失效模式所起的作用加以分类。各类应力对容器安全性的影响程度不同分别规定不同的安全系数。应力分类如下:

3.1一次应力

因为外部载荷所产生的作用,在容器元件中得到的正应力或是剪应力。或平衡外部机械载荷所必需的应力[1]。其特点有两个:一是满足静力平衡条件,即载荷增加,应力相应增加,应变也增加;二是非自线性,应力顺壁厚平均地进行分布。同时,一次应力主要就包括了如下几大类:其一,一次总体薄膜应力:指的就是对总体结构都会带来影响的薄膜应力之一,比如,在各类应力中,因为平衡压力或是分布载荷而引发的薄膜应力。其二,一次局部薄膜应力:对于这一应力而言,其水平多于一次总体薄膜应力,不过,其仅会对部分区域结构中所具有的一次薄膜应力带来影响。比如,处于壳体色固定支座或是接管位置,因为外部载荷与力矩而引发的薄膜应力。其三,一次弯曲应力:这一应力就是平衡压力或是其余机械载荷需要的顺截面厚度朝向体现为线性分布的一种弯曲应力。比如,在平盖中,因为压力而引发的弯曲应力。

3.2二次应

因为在容器中,各类元件均具有约束或是其邻近元件均具有约束,进而得到了正应力或是剪应力。或是与变形、协调规定所需运用的应力相符。其特征主要就包括了:其一,与变形、协调所给予的规定相符;其二,具有一定程度的自限性,即为在局部产生屈服与较少的塑性、变形后,就能够与约束条件或是变形条件相符,进而防范变形不会持续提升,只要不重复进行加载,结构处于“安定”状态,不会导致破坏,所以,二次应力的许用值应根据“安定性”的概念予以限制,如热应力和结构不连续处的弯曲应力。

3.3峰值应力

因为结构不够持续,而加至一次应力与二次应力中的总应力增量。其特征为:一般同时有自限性和局部性,整体不变形,但往往是引起疲劳和脆性断裂的根源。在疲劳设计时,需要对峰值应力进行制约。

4两类设计所具有的优点及缺陷

因为常规的设计方式十分简易,且运用经验十分充足,所以,许多国家依旧运用这一方式对压力容器实施设计[2]。但是,这类常规的设计方式也具有相应的缺陷,即为并未区别薄膜应力与其余应力对于容器强度会带来哪些方面的影响,在其中的部分应力已经达到了原材料所具有的屈服极限后,在容器的大多区域中,其应力依旧小于这一数值,并处于弹性状态之下。因此,在这时,容器不会进至屈服,即使部分区域已变成了屈服,因为会被周边的各弹性区所制约,其变形量无法得到整长,应力的增多也会被阻碍,所以,无法使得整个容器产生失效。另外,对于比较苛刻的操作工况,常规设计便存在很大的局限性。应力分析设计运用将安定载荷、极限载荷寿命等当作界限的一种塑性失效准则,其准许结构产生可以被控制的部分塑性区,还准许对峰值应力位置实施有限的寿命设计,在运用这一准则后,能够更为良好地处理常规设计中所具有的缺陷,科学地减少对于计算应力所给予的过严限制,因为应力分析设计运用了塑性失效准则,所以,其安全系数有所下降,许用应力逐步提升。但是,鉴于应力分析设计所具有的特征,对于容器的选材、制造、检验和验收都提出更加严格的要求。分析设计虽然科学严谨,但却需要进行大量复杂的分析计算,增加了设计所需的花费。

5结束语

总之,压力容器能够促进我国的经济水平最大限度地得到进步与提升,所以,设计相关人员在对压力容器进行设计期间,就应严谨参照设计规定与国家所公布的各类法律、规定等,保障压力容器能够具有更为良好的安全性与可靠性,并通过持续地提升设计相关人员自身的各项专业技能,保障压力容器能够安全且稳定地运行。

参考文献:

[1]陈孙艺.压力容器有限元分析建模中值得关注的几个工程因素[J].压力容器,2015(05):50-58.

[2]华凯旋,余小鲁,王柯智.大型压力容器厚壁封头成形工艺及质量控制研究现状分析[J].锻压技术,2015(02):8-14.

作者:王建成 单位:吉林市厦林化工分离机械工业有限公司

压力容器设计与应力分类责任编辑:张雨    阅读:人次