王建成

摘 要：對于壓力容器來說，主要就包括了兩類設計方式，即為常規(guī)設計、應力分析設計，文章就自相關的原理、方式等表述出了常規(guī)設計、應力分析設計間所具有的差別，加之容器中各類應力的性質(zhì)及對失效模式所起的不同作用，同時，還說明了兩種設計方法各自的優(yōu)缺點及現(xiàn)階段的應用，為在實際工作中選擇科學且高效的設計方式給予更多的參照與憑據(jù)。

關鍵詞：壓力容器；應力；設計效果；問題；注意事項

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.046

1 前言

現(xiàn)階段，在我國，社會及經(jīng)濟都得到了十分迅速地進步及提升，所以，為了持續(xù)增強我國在國際中所具有的競爭能力，就應提升所有產(chǎn)品本身的質(zhì)量與效果。壓力容器大多都會被運用到原油、化工等相關的領域中，因為這類領域所需運用的原材料大多毒性較高，且十分易燃，若對壓力容器開展的設計不夠正確，就會使得產(chǎn)品最后的質(zhì)量無法達標，甚至是引發(fā)各類安全意外。所以，設計相關人員在對壓力容器實施設計期間，應更為細致及認真。

2 設計方面的準則

（1）設計機構應制訂出健全的質(zhì)量保證體制，以凸顯出更為良好的引導性及操作性，并貫徹至相應的設計中；（2）在對壓力容器實施設計期間，應與工藝生產(chǎn)所給予的規(guī)定相符，其各類參數(shù)也應達標，僅有如此，才可以保障這類產(chǎn)品在進行運用期間具有相應的承壓能力；（3）在化工領域中，因為其運用的原材料較易引發(fā)腐蝕，且毒性較高，如此，就會引發(fā)十分不利的后果。所以，壓力容器在進行運轉(zhuǎn)期間，應更為安全且順暢；（4）在運用壓力容器期間，應保障其運用年限，因為化工類原材料所具有的腐蝕性較強，所以，設計相關人員應顧慮到運用哪一方法來保障壓力容器本身的運用年限，從而減少生產(chǎn)所需的成本；（5）壓力容器要具有制作更為簡易、操作更為方便等相關特征，如此，就規(guī)定了設計相關人員要保障壓力容器的設計十分簡易、且較易進行制造；另外，壓力容器還應與各類特殊需要相符，比如，容器頂蓋要能夠隨意進行拆解，以方便相關人員進行運用。

3 應力的各種分類

應力分析設計的關鍵就是把壓力容器中所具有的所有應力依據(jù)應力本身的性質(zhì)及對失效模式所起的作用加以分類。各類應力對容器安全性的影響程度不同分別規(guī)定不同的安全系數(shù)。應力分類如下：

3.1 一次應力

因為外部載荷所產(chǎn)生的作用，在容器元件中得到的正應力或是剪應力?；蚱胶馔獠繖C械載荷所必需的應力[1]。其特點有兩個：一是滿足靜力平衡條件，即載荷增加，應力相應增加，應變也增加；二是非自線性，應力順壁厚平均地進行分布。同時，一次應力主要就包括了如下幾大類：

其一，一次總體薄膜應力：指的就是對總體結構都會帶來影響的薄膜應力之一，比如，在各類應力中，因為平衡壓力或是分布載荷而引發(fā)的薄膜應力。

其二，一次局部薄膜應力：對于這一應力而言，其水平多于一次總體薄膜應力，不過，其僅會對部分區(qū)域結構中所具有的一次薄膜應力帶來影響。比如，處于殼體色固定支座或是接管位置，因為外部載荷與力矩而引發(fā)的薄膜應力。

其三，一次彎曲應力：這一應力就是平衡壓力或是其余機械載荷需要的順截面厚度朝向體現(xiàn)為線性分布的一種彎曲應力。比如，在平蓋中，因為壓力而引發(fā)的彎曲應力。

3.2 二次應力

因為在容器中，各類元件均具有約束或是其鄰近元件均具有約束，進而得到了正應力或是剪應力?；蚴桥c變形、協(xié)調(diào)規(guī)定所需運用的應力相符。其特征主要就包括了：其一，與變形、協(xié)調(diào)所給予的規(guī)定相符；其二，具有一定程度的自限性，即為在局部產(chǎn)生屈服與較少的塑性、變形后，就能夠與約束條件或是變形條件相符，進而防范變形不會持續(xù)提升，只要不重復進行加載，結構處于“安定”狀態(tài)，不會導致破壞，所以，二次應力的許用值應根據(jù)“安定性”的概念予以限制，如熱應力和結構不連續(xù)處的彎曲應力。

3.3 峰值應力

因為結構不夠持續(xù)，而加至一次應力與二次應力中的總應力增量。其特征為：一般同時有自限性和局部性，整體不變形，但往往是引起疲勞和脆性斷裂的根源。在疲勞設計時，需要對峰值應力進行制約。

4 兩類設計所具有的優(yōu)點及缺陷

因為常規(guī)的設計方式十分簡易，且運用經(jīng)驗十分充足，所以，許多國家依舊運用這一方式對壓力容器實施設計[2]。但是，這類常規(guī)的設計方式也具有相應的缺陷，即為并未區(qū)別薄膜應力與其余應力對于容器強度會帶來哪些方面的影響，在其中的部分應力已經(jīng)達到了原材料所具有的屈服極限后，在容器的大多區(qū)域中，其應力依舊小于這一數(shù)值，并處于彈性狀態(tài)之下。因此，在這時，容器不會進至屈服，即使部分區(qū)域已變成了屈服，因為會被周邊的各彈性區(qū)所制約，其變形量無法得到整長，應力的增多也會被阻礙，所以，無法使得整個容器產(chǎn)生失效。另外，對于比較苛刻的操作工況，常規(guī)設計便存在很大的局限性。

應力分析設計運用將安定載荷、極限載荷壽命等當作界限的一種塑性失效準則，其準許結構產(chǎn)生可以被控制的部分塑性區(qū)，還準許對峰值應力位置實施有限的壽命設計，在運用這一準則后，能夠更為良好地處理常規(guī)設計中所具有的缺陷，科學地減少對于計算應力所給予的過嚴限制，因為應力分析設計運用了塑性失效準則，所以，其安全系數(shù)有所下降，許用應力逐步提升。但是，鑒于應力分析設計所具有的特征，對于容器的選材、制造、檢驗和驗收都提出更加嚴格的要求。分析設計雖然科學嚴謹，但卻需要進行大量復雜的分析計算，增加了設計所需的花費。

5 結束語

總之，壓力容器能夠促進我國的經(jīng)濟水平最大限度地得到進步與提升，所以，設計相關人員在對壓力容器進行設計期間，就應嚴謹參照設計規(guī)定與國家所公布的各類法律、規(guī)定等，保障壓力容器能夠具有更為良好的安全性與可靠性，并通過持續(xù)地提升設計相關人員自身的各項專業(yè)技能，保障壓力容器能夠安全且穩(wěn)定地運行。

參考文獻：

[1]陳孫藝.壓力容器有限元分析建模中值得關注的幾個工程因素[J].壓力容器，2015（05）：50-58.

[2]華凱旋，余小魯，王柯智.大型壓力容器厚壁封頭成形工藝及質(zhì)量控制研究現(xiàn)狀分析[J].鍛壓技術，2015（02）：8-14.