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壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)的局限性

   2020-10-13 和平1924
核心提示:壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)經(jīng)過了長期的實(shí)踐考驗(yàn),簡便可靠,目前仍為各國壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范所采用。然而,常規(guī)設(shè)計(jì)也有其局限性,主要表現(xiàn)在以下幾方面。

當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有兩類:一類通常稱為“常規(guī)設(shè)計(jì),"(Design by rule),例如GB150;另一類稱作“分析設(shè)計(jì)”(Analysis),JB 4732即為此類標(biāo)準(zhǔn)。

壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)經(jīng)過了長期的實(shí)踐考驗(yàn),簡便可靠,目前仍為各國壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范所采用。然而,常規(guī)設(shè)計(jì)也有其局限性,主要表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)常規(guī)設(shè)計(jì)將容器承受的最大載荷”按一次施加的靜載荷處理,不涉及容器的疲勞壽命問題,不考慮熱應(yīng)力。然而,壓力容器在實(shí)際運(yùn)行中所承受的載荷不但有機(jī)械載荷,往往還有熱載荷,同時(shí)這些載荷還可能有較大的波動(dòng),這就使得常規(guī)設(shè)計(jì)不能勝任。例如熱載荷引起的熱應(yīng)力對(duì)容器失效的影響是不能通過提高材料設(shè)計(jì)系數(shù)或加大厚度來有效改善的,有時(shí)厚度的增加反倒起了相反的作用,因?yàn)楹癖谌萜鞯臒釕?yīng)力會(huì)隨厚度的增加而增大;同樣,由交變載荷引起的交變應(yīng)力對(duì)容器的破壞作用是不能通過靜載分析來做出合理評(píng)定和預(yù)防的。


(2)常規(guī)設(shè)計(jì)以材料力學(xué)及板殼薄膜簡化模型的簡化汁算公式為基礎(chǔ),確定筒體中平均應(yīng)力的大小,只要此值限制在以彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所確定的許用應(yīng)力范圍之內(nèi),則認(rèn)為筒體是安全的。而對(duì)容器上結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域和某些部件,只能通過經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算,同時(shí)限制結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、工作條件來保證安全。顯然,這種方法是粗略的,具有局限性,不對(duì)容器上的重要區(qū)域的應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)分析和精確計(jì)算,就無法對(duì)不同部位、由不同載荷引起、對(duì)容器失效有不同影響的應(yīng)力施以合理的限制。同時(shí),由于不能確定實(shí)際的應(yīng)力應(yīng)變水平,疲勞分析等方法手段也就難以施行。例如,在一些結(jié)構(gòu)不連續(xù)的局部區(qū)域,由于影響是局部的,這里的應(yīng)力即使超過材料的屈服點(diǎn)也不會(huì)造成容器整體強(qiáng)度失效,可以給予較高的許用應(yīng)力。不過由于應(yīng)力集中,該區(qū)域往往又是容器疲勞失效的“源區(qū)”,因此有必要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。

(3)常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了具體的壓力容器結(jié)構(gòu)形式,但規(guī)范中未作規(guī)定或限制應(yīng)用的一些結(jié)構(gòu)和載荷形式就無法采用,因此,常規(guī)設(shè)計(jì)不利于新型設(shè)備和結(jié)構(gòu)的開發(fā)與使用。

 
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