【摘要】應(yīng)用力學(xué)在越來(lái)越多的行業(yè)展現(xiàn)了自身強(qiáng)大的作用，其中應(yīng)用力學(xué)在推動(dòng)壓力容器的設(shè)計(jì)上的作用更為明顯和直接，本文研究的重點(diǎn)就是結(jié)合當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)步的具體案例進(jìn)行分析，淺析應(yīng)用力學(xué)在壓力容器的建設(shè)方法上的積極價(jià)值和作用，并為推動(dòng)我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步提出了相關(guān)建議。

【關(guān)鍵詞】壓力容器設(shè)計(jì) 應(yīng)用力學(xué) 設(shè)計(jì)方法

一、引言

壓力容器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其技術(shù)參數(shù)的進(jìn)步將會(huì)進(jìn)一步提升該行業(yè)的科技含量，因此為了推動(dòng)我國(guó)壓力容器的快速發(fā)展，由于我國(guó)一些尖端行業(yè)使用的壓力容器更多采用的是進(jìn)口設(shè)備，這顯然不利于我國(guó)知識(shí)科技的進(jìn)步，因此提升我國(guó)壓力容器的設(shè)計(jì)水平就成了當(dāng)前最為迫切的需求之一。早在上個(gè)世紀(jì)七十年代我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域就已經(jīng)充分意識(shí)到應(yīng)用力學(xué)理論對(duì)改進(jìn)壓力容器設(shè)計(jì)，提升壓力容器設(shè)計(jì)水平方面的重要性，并經(jīng)過近四十年的努力和發(fā)展滯后，我國(guó)的壓力容器設(shè)計(jì)方法方面取得了重要的成績(jī)和巨大的進(jìn)步，下面就結(jié)合具體的案例來(lái)分析我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步。

二、基于案例的壓力容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)步的分析

（一）圓柱殼大開孔接管應(yīng)力設(shè)計(jì)方法進(jìn)步的分析

如果一個(gè)圓柱殼開孔接管同時(shí)受到多種載荷作用時(shí)，再加上支管和主殼連接的部位如果出現(xiàn)了幾何結(jié)構(gòu)的不連貫的問題之后，而且相貫的區(qū)域又產(chǎn)生了應(yīng)力集中問題，如果產(chǎn)生了設(shè)備損壞，那么這寫部位就會(huì)造成嚴(yán)重的災(zāi)害性書，所以需要解決這種圓柱殼開孔接管在多種載荷作用下的安全穩(wěn)定性的問題，這同樣也是提升壓力容器設(shè)計(jì)進(jìn)步的重要方法。歐美等國(guó)家針對(duì)這個(gè)問題的解決主要采用的是壓力面積法，但是這些方法主要合適于小開孔的壓力容器，同時(shí)還要受到壓力容器內(nèi)部壓力空曠的情況下才能夠起到效果，而我國(guó)采用的等面積補(bǔ)強(qiáng)法其效果和歐美的這些國(guó)家設(shè)計(jì)具有一定的相通性，并沒有從技術(shù)上取得重大突破，不過在當(dāng)前應(yīng)力力學(xué)理論的發(fā)展下，已經(jīng)開始從大開孔率下的薄殼理論解進(jìn)行解決這個(gè)壓力容器設(shè)計(jì)的隱患。

事實(shí)上我國(guó)經(jīng)過很多專家多年的努力，已經(jīng)在薄殼理論解方面已經(jīng)取得了重要的突破，主要體現(xiàn)在，圓柱薄殼方程采用了修正的Morley 方程，經(jīng)過修正的Morley 方程能夠有效的對(duì)開孔問題進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的求解，這要比之前采用的相對(duì)簡(jiǎn)化的扁殼方程求解的準(zhǔn)確性要高很多，同時(shí)也能夠提升設(shè)計(jì)的精度。通過修正的Morley 方程對(duì)開孔問題的求解精度已經(jīng)達(dá)到了O（T/R）量級(jí)。另一方面，因?yàn)榫_性的連續(xù)性的條件和復(fù)雜的精確方程通過基于修正的Morley 方程克服了很多數(shù)學(xué)上的難題，這造成了無(wú)論是在三維有限的元解上，還是在近年的國(guó)際發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于該理論的可靠性都進(jìn)行相對(duì)全面的證明。最后通過薄殼理論解還能夠得到內(nèi)壓和全部的外載進(jìn)行統(tǒng)一的分量理論解，并且這個(gè)適用范圍在這個(gè)理論解的支持下變得更加廣闊。

（二）管殼式換熱器管板壓力容器設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步分析

在壓力容器設(shè)計(jì)方法中，其中管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的環(huán)節(jié)，殼體以及管箱和換熱管等都是構(gòu)成管殼式換熱器的基本元件，由于管殼式換熱器在壓力容器中能夠承受絕大多數(shù)的壓力，所以針對(duì)管殼式換熱器管板的設(shè)計(jì)就顯得非常重要。這主要原因主要包括了三個(gè)方面，其一是管板中間本身會(huì)開很多孔洞，并且會(huì)和換熱管進(jìn)行焊接，管板和殼體之間也會(huì)相焊接，管板和管箱也會(huì)進(jìn)行焊接，某些地方則使用緊固件進(jìn)行緊固。其二就是殼程和管箱內(nèi)部所轉(zhuǎn)載的流體介質(zhì)會(huì)進(jìn)行熱交換，但是這兩種流體介質(zhì)都存在著明顯的差別，主要體現(xiàn)在溫度和壓力方面。其三就是法蘭的預(yù)緊力以及溫差荷載和壓差荷載等方面都會(huì)同時(shí)作用在管板上，這都說(shuō)明了管殼式換熱器管板的設(shè)計(jì)的重要性。在具體設(shè)計(jì)管殼式換熱器管板壓力容器中，要根據(jù)壓力容器的相關(guān)結(jié)構(gòu)和基本元件的構(gòu)造進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)運(yùn)用，一般從以下幾個(gè)方面考慮：

1.可以將換熱管看成了多個(gè)元件構(gòu)成的彈性體系結(jié)構(gòu)，采用相應(yīng)的應(yīng)力學(xué)理論對(duì)換熱管進(jìn)行分析，并對(duì)隊(duì)形的元件在實(shí)際的工作狀況下的荷載問題進(jìn)行綜合性考慮，確保了對(duì)影響因素的全面計(jì)算，從而有助于提升換熱管的高效工作。

2.在計(jì)算當(dāng)量板的削弱系數(shù)時(shí)，每個(gè)基本管板的單元都會(huì)包含幾個(gè)六角形的孔板，有的則是正方形的孔板，這些還包括了管孔中的圓柱殼以及連接兩者之間的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，這個(gè)模型有效優(yōu)化了孔板的單元模型，因此能夠更加合理的獲得當(dāng)量板的彈性系數(shù)。

三、進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)步的建議

（一）以科學(xué)的觀念來(lái)分析國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于國(guó)外通行的壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于我國(guó)科技專家們而言，不是一味的照搬照收，而是采用合理使用，科學(xué)使用的態(tài)度，不能夠迷信，應(yīng)該在搞清楚其基本的含義和數(shù)學(xué)力學(xué)模型，然后在按照公認(rèn)的基本力學(xué)原理和概念進(jìn)行分析，充分汲取國(guó)外通行標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性內(nèi)容，對(duì)于一些不合理的內(nèi)容則不需要全盤照收，這顯然是一種不夠科學(xué)的實(shí)驗(yàn)精神。

（二）加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力

要在壓力容器設(shè)計(jì)方法上要進(jìn)一步增強(qiáng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工作，因?yàn)閴毫θ萜髟趹?yīng)用物理方面的重要性不言而喻，能夠廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，因此我國(guó)有必要具備自主研發(fā)壓力容器的能力，因此理論、實(shí)踐和工程這三位一體的工作必不可少，沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)，就不可能獲得開創(chuàng)性的科研成果，沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)自然就不能夠判定壓力容器設(shè)計(jì)的正確性，這三者之間是相輔相成的，是加強(qiáng)自主研發(fā)的源頭活水。

四、總結(jié)

當(dāng)前國(guó)際上能夠設(shè)計(jì)非常合理且功能強(qiáng)勁的壓力容器的國(guó)家并不多，我國(guó)經(jīng)過數(shù)十年的努力在一些關(guān)鍵技術(shù)上已經(jīng)擁有了一定的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和設(shè)計(jì)制造能力，但是和國(guó)外的差距也非常明顯，因此作為壓力容器設(shè)計(jì)人員和研究人員，應(yīng)該積極探索更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法和理論，從而提升我國(guó)壓力容器的設(shè)計(jì)水平。

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作者簡(jiǎn)介：

梁君坦 女（1982年7月） 河北省辛集市人，2006年6月畢業(yè)于重慶工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)工作于河北雙良鍋爐容器有限公司，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，主要從事鍋爐壓力容器設(shè)計(jì)及制造的研究。