徐輝 李慶智

【摘要】 在壓力容器的設(shè)計(jì)中，機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，一般情況下，科研人員在進(jìn)行壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要先進(jìn)行模型建立，再將其套用到生活中，但是實(shí)踐表明這種簡(jiǎn)單的可靠性設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中不具有實(shí)用性和普遍性，壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)往往需要根據(jù)容器實(shí)際情況進(jìn)行。隨著壓力容器在生活中應(yīng)用范圍的增加，人們對(duì)壓力容器的可靠性提出了更高的要求，目前壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)已經(jīng)成為科研人員研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

【關(guān)鍵字】 壓力容器 機(jī)械強(qiáng)度 設(shè)計(jì)模型 存在問(wèn)題 可靠性設(shè)計(jì)

在壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)中，尺寸是設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)參考的數(shù)據(jù)，科研人員必須根據(jù)不同壓力容器的實(shí)際情況對(duì)可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢詫毫θ萜鞯臋C(jī)械強(qiáng)度可靠性分為設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-使用-保養(yǎng)等步驟[1]。機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的過(guò)程，本文首先對(duì)壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并進(jìn)一步探討了進(jìn)行壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的方法。

一、壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

1、可靠性含義。壓力容器可靠性是指其在特定的情況下，能夠讓使用功能滿足用戶的需求，并且在使用的過(guò)程不發(fā)生故障性質(zhì)。與壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性存在密切關(guān)聯(lián)的因素有使用環(huán)境、環(huán)境溫度、消費(fèi)者使用需求以及應(yīng)力扥等，壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性和壓力容器的使用時(shí)間存在密切聯(lián)系，隨著壓力容器使用時(shí)間的延長(zhǎng)，壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性逐漸降低，也正是由于有可靠性的存在人們才對(duì)壓力容器產(chǎn)生了使用壽命的認(rèn)識(shí)[2]。無(wú)論是電子產(chǎn)品還是人們?nèi)粘Ｉ钣闷罚芯靠煽啃远际欠浅Ｓ斜匾?。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和人們生活質(zhì)量的提升，人們對(duì)壓力容器的要求也越來(lái)越高，在科技發(fā)展的支持下，壓力容器可靠性得到了大幅度的提升，由于可靠性在一定程度上體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的實(shí)力水平，因此產(chǎn)品的可靠性研究具有非常重要的意義。

2、理論基礎(chǔ)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)充分的考慮實(shí)際厚度和計(jì)算厚度的附加值。實(shí)際厚度的附加值是指筒體的腐蝕裕量和材料得到實(shí)際厚度誤差，材料的實(shí)際厚度誤差是根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的誤差范圍進(jìn)行計(jì)算[3]，而筒體的腐蝕裕量則指的是壓力容器中所裝的物體對(duì)材料腐蝕速率的影響和對(duì)壓力容器的預(yù)期使用時(shí)間的計(jì)算等。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐研究表明，我國(guó)大部分的壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)，在對(duì)使用壽命進(jìn)行計(jì)算的彈性失效的中徑公式都是將其設(shè)為極限情況，計(jì)算并沒(méi)有考慮到腐蝕裕量，所以所得出的結(jié)果與實(shí)際存在差別。一般情況下壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)可以分為6個(gè)步驟：（1）計(jì)算壓力容器的可靠度和強(qiáng)度系數(shù)；（2）根據(jù)公式計(jì)算出容器的故障概率；（3）利用所計(jì)算出故障概率計(jì)算壓力容器的可靠度；（4）計(jì)算出生產(chǎn)材料能夠承受的負(fù)載強(qiáng)度；（5）計(jì)算出壓力容器的應(yīng)力均值；（6）利用計(jì)算出的各項(xiàng)結(jié)果確定壓力容器的預(yù)算厚度[4]。

二、進(jìn)行壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的基本方法

1、注重極限情況。在壓力容器使用的過(guò)程中，筒體的厚度會(huì)發(fā)生較大的變化，并且其也會(huì)在筒體應(yīng)力的作用下發(fā)生一定的改變，所以進(jìn)行壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)，需要充分的考慮壓力容器所裝物體對(duì)筒體的腐蝕速率?？蒲腥藛T在應(yīng)用公式對(duì)壓力容器使用過(guò)程中的筒體厚度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須注重可靠性受到破壞的情況：a、壓力容器筒體發(fā)生屈服失效；b、壓力容器筒體發(fā)生斷裂；科研人員必須仔細(xì)分析壓力容器在極限情況下失效問(wèn)題，最大限度的提升壓力容器的抗壓值，提升壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性。

2、精確計(jì)算壓力容器的筒體厚度。在二十世紀(jì)五十年代，科研人員在對(duì)路合金強(qiáng)度進(jìn)行研究時(shí)，變證明了在實(shí)際條件中材料腐蝕深度的分布，隨著研究范圍的擴(kuò)大，材料在實(shí)際情況下的腐蝕深度相應(yīng)的研究成果也越來(lái)越多。所以在進(jìn)行壓力容器腐蝕裕量計(jì)算時(shí)，可以計(jì)算出壓力容器最初的筒體厚度。如果某壓力容器的筒體厚度是23mm，根據(jù)蒙特卡羅的模擬方法可以計(jì)算出十年后該壓力容器的可靠性是0.9的五次方，大量實(shí)踐表明，壓力容器的厚度會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)發(fā)生變化，但是需要注意的是，壓力容器在使用年限中應(yīng)當(dāng)保證可靠性在0.9五次方以上。

3、合理應(yīng)用受壓材料。受壓材料對(duì)壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性的影響較大，因此受壓材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)根據(jù)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)度、設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行計(jì)算，一方面受壓材料還會(huì)受到介質(zhì)易燃、易爆特性的影響，壓力容器所使用的材料必須滿足國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際應(yīng)用的需求。另一方面，科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)對(duì)壓力容器的可靠性也存在一定的影響，需要加以重視。

結(jié)語(yǔ)：現(xiàn)階段我國(guó)在壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)方面較為隨意，沒(méi)有明確的規(guī)定。壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的主要目的是確保壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度能夠符合安全要求，外界環(huán)境、應(yīng)力和經(jīng)濟(jì)水平都是對(duì)壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的考量，所以加強(qiáng)壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)引起人們足夠的重視。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蔡克霞，王毅.壓力容器強(qiáng)度可靠性平均安全系數(shù)校核[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35（12）：1496-1498.

[2]劉小寧，張紅衛(wèi)，劉岑等.鋼制壓力容器靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[C].//第七屆全國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2010：86-93.

[3]駱曉玲，劉亮亮.復(fù)合材料壓力容器的性能分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，（5）：220-222.

[4]高炳軍，杜雅飛，劉鴻雁等.準(zhǔn)等強(qiáng)度原則下壓力容器不連續(xù)區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械強(qiáng)度，2006，28（3）：438-441.