壓力容器設(shè)計(jì)與實(shí)用數(shù)據(jù)速查

前言

　　壓力容器伴隨著蒸汽作為動力而迅速發(fā)展，當(dāng)前壓力容器在生活中已無處不在。由于鍋爐、壓力容器具有發(fā)生爆炸、泄漏、造成人身傷害事故的危險(xiǎn)性，世界上各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家一般都制定有專門的法律，建立了完善的法規(guī)、規(guī)范體系進(jìn)行監(jiān)察管理?！　‘?dāng)前世界上壓力容器建造規(guī)范主要有兩大體系：　　其一為美國機(jī)械工程師學(xué)會（American Society 0f Mechanical Engineers，簡稱.ASME）在1915年發(fā)布的首版鍋爐規(guī)范，發(fā)展至今成為.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范（Boiler&Pressure Vessel Code，簡稱B&PV Code，在行業(yè)內(nèi)常稱為ASME規(guī)范），是國際上公認(rèn)的權(quán)威規(guī)范?！　∑涠闅W盟（EN）壓力容器規(guī)范。EN 13445非直接受火壓力容器（EN13445 unfired Pressure Vessels），是綜合歐洲各國的原有規(guī)范、結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)的最新規(guī)范?！　∈澜绺鲊膲毫θ萜饕?guī)范或源出其上，或歸入其內(nèi)?！　毫θ萜髟O(shè)計(jì)由簡單的強(qiáng)度計(jì)算，發(fā)展到強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、安定性、疲勞、腐蝕疲勞、蠕變、疲勞與蠕變交互作用、脆性斷裂等方面綜合考慮，是一個漸近的逐步的進(jìn)展，且仍在不斷發(fā)展之中?！　”緯荚卺槍毫θ萜髟O(shè)計(jì)中的某一問題，為讀者快速查找我國壓力容器和換熱器標(biāo)準(zhǔn)（GB 150-1998，GB 151-1999和JB 4732-1995）、美國壓力容器建造規(guī)范（ASMEⅧ-1和Ⅷ-2）、歐盟非直接火壓力容器標(biāo)準(zhǔn)（EN 13445）等對該問題的具體規(guī)定。為簡明扼要地介紹這些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，僅對某具體問題的主要思路進(jìn)行分析，不能、也不必要原原本本詳細(xì)地列出各標(biāo)準(zhǔn)的具體條文和各有關(guān)符號的含義和規(guī)定，在需要時讀者在理清基本思路的情況下可查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。希望此舉能有助于壓力容器設(shè)計(jì)師更好地了解不同規(guī)范之間的差異，從而在以后的設(shè)計(jì)活動中能夠更加全面地考慮問題?！　楸阌谧x者了解這些標(biāo)準(zhǔn)在各個問題上的聯(lián)系和區(qū)別，在介紹主要思路的同時，都以筆者的理解角度列出對各標(biāo)準(zhǔn)的對照和簡要評述?！　榉奖阕x者查找原標(biāo)準(zhǔn)，所列公式或符號都和原標(biāo)準(zhǔn)所用一致，且在必要時列出所引原標(biāo)準(zhǔn)的章節(jié)、圖號和表號。

內(nèi)容概要

　　戴季煌朱紅松編著機(jī)械工業(yè)出版社本書主要介紹各種壓力容器的設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)時需要的實(shí)用數(shù)據(jù)速查，旨在針對壓力容器設(shè)計(jì)中的某些問題，為讀者快速查找我國壓力容器和換熱器標(biāo)準(zhǔn)（GB 150—1998，GB 151—1999和JB 4732—1995）、美國壓力容器建造規(guī)范（ASME Ⅷ-1和Ⅷ-2）、歐盟非直接火壓力容器標(biāo)準(zhǔn)（EN 13445） 等對這些問題的具體規(guī)定。為便于讀者了解這些標(biāo)準(zhǔn)在各個問題上的聯(lián)系和區(qū)別，在介紹主要思路的同時，都以筆者的理解角度列出對各標(biāo)準(zhǔn)的對照和簡要評述?！　”緯晒氖聣毫θ萜髟O(shè)計(jì)和制造、檢驗(yàn)人員快速查找國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定之用，或?qū)毫θ萜髟O(shè)計(jì)和制造、檢驗(yàn)工作有一定實(shí)際經(jīng)驗(yàn)人員拓寬知識層面之用，也可供制定標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)人員在決策時參考。

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　各國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的體系　　1.1.1　我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的體系　　1.1.2　美國壓力容器規(guī)范的體系　　1.1.3　歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的體系　1.2　按規(guī)則設(shè)計(jì)和按分析設(shè)計(jì)　　1.2.1　壓力容器規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展沿革　　1.2.2　按應(yīng)力分析設(shè)計(jì)規(guī)范的提出和存在的問題　　1.2.3　各國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀　　1.2.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述　1.3　各國容器標(biāo)準(zhǔn)的適用對象和范圍　　1.3.1　GB 150、GB 151和JB 4732　　1.3.2　ASME Ⅷ-1、Ⅷ-2和Ⅷ-3　　1.3.3　EN 13445　　1.3.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述　1.4　各國壓力容器分類　　1.4.1　GB 150　　1.4.2　ASME Ⅷ-1　　1.4.3　EN 134451　　1.4.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述第2章　壓力容器設(shè)計(jì)的一般問題　2.1　壓力容器的失效準(zhǔn)則　　2.1.1　失效方式和失效準(zhǔn)則　　2.1.2　各國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的考慮　2.2　設(shè)計(jì)參數(shù)　2.3　確定材料許用應(yīng)力的安全系數(shù)　2.4　焊接接頭分類　　2.4.1　GB 1501　　2.4.2　ASME Ⅷ-1　　2.4.3　EN 13445　　2.4.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述　2.5　各種類容器和接頭的選用與無損檢測要求　　2.5.1　GB 150　　2.5.2　ASME Ⅷ-1　　2.5.3　EN 13445　　2.5.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述　2.6　焊接接頭系數(shù)　　2.6.1　GB 150　　2.6.2　ASME Ⅷ-1　　2.6.3　EN 13445　　2.6.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述　2.7　試驗(yàn)壓力系數(shù)及其相應(yīng)的限制條件　　2.7.1　GB 150　　2.7.2　ASME Ⅷ-1　　2.7.3　EN 13445　　2.7.4　對各標(biāo)準(zhǔn)的對照及簡要評述第3章　內(nèi)壓元件設(shè)計(jì)第4章　外壓元件設(shè)計(jì)第5章　開孔接管及其補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)第6章　法蘭及其相關(guān)元件設(shè)計(jì)第7章　臥式容器及鞍座設(shè)計(jì)第8章　管殼式換熱器和膨脹節(jié)設(shè)計(jì)第9章　附加載荷和局部載荷第10章　低溫容器設(shè)計(jì)(壓力容器的防脆性斷裂)第11章　壓力容器的疲勞分析第12章　實(shí)用數(shù)據(jù)速查參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　從1968年公布的ASMEⅧ-2壓力容器另一規(guī)則開始，引進(jìn)了包括彈·塑性失效、塑性垮塌失效、疲勞失效以及極限載荷等在內(nèi)全新的設(shè)計(jì)理念（確切地說，應(yīng)是從1965年公布的ASMEⅢ開始）；隨后，不僅是ASMEⅧ-1，而且各國有關(guān)壓力容器和承壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)都紛紛仿效，使壓力容器設(shè)計(jì)方法走上了更高的臺階?！　「鲀运捎玫陌踩禂?shù)也隨著技術(shù)的進(jìn)步而逐步降低，和安全系數(shù)相關(guān)的材料、制造、檢測檢驗(yàn)等規(guī)定也同步改進(jìn)?！　?.2.2 按應(yīng)力分析設(shè)計(jì)規(guī)范的提出和存在的問題　　應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的總體思路為：對壓力容器各元件進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，并將各種不同載荷引起的應(yīng)力，根據(jù)其導(dǎo)出應(yīng)力的方法、應(yīng)力在元件上存在區(qū)域的大小、沿元件厚度分布的性質(zhì)等，針對所計(jì)及的失效模式所起不同作用進(jìn)行分類，對不同類別的應(yīng)力規(guī)定以不同的限制條件。與之相配合，對材料選用、強(qiáng)度理論、安全系數(shù)、檢測要求、制造、試驗(yàn)等都作出了和按規(guī)則設(shè)計(jì)不同的規(guī)定。顯然，應(yīng)力分析設(shè)計(jì)所計(jì)及的失效模式不僅包括彈性失效和彈性不穩(wěn)定，而且還包括了過量的塑性變形、脆性斷裂、蠕變變形（非彈性）、塑性不穩(wěn)定一漸增的垮塌、低循環(huán)疲勞等?！　≡?968年提出ASMEⅧ-2時，其所述的應(yīng)力分類及其評定主要是以（?。┌鍤だ碚摲椒榛A(chǔ)的，所以在其附錄4以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)部分所列的應(yīng)力分析方法都是板殼理論及其邊緣連接的求解方法，除計(jì)算用于疲勞分析的總應(yīng)力外，未提及有限元方法。隨著壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)的越來越高，結(jié)構(gòu)和載荷的越趨復(fù)雜，用板殼理論來求解元件應(yīng)力已無能為力，必須采用有限元等數(shù)值處理方法才能奏效，而采用有限元方法所求得的總應(yīng)力，要按照應(yīng)力分類及其評定的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，特別是用三維有限元時，首先遇到的是必須對總應(yīng)力分解并正確分類，由于板殼理論方法和有限元方法的不同，所以存在一個用有限元所求得的總應(yīng)力和根據(jù)板殼理論提出的應(yīng)力分類方法所根據(jù)的應(yīng)力不相匹配的問題，原Ⅷ_2除用列表方式對一些典型情況的應(yīng)力分類加以說明外，并未提供更多的指導(dǎo)；雖然也提及塑性分析和極限分析，但并未更進(jìn)一步作具體說明。這一問題一直困擾著壓力容器行業(yè)，包括美國在內(nèi)，各國都進(jìn)行了多年研究，歐盟EN13445首先提出了結(jié)構(gòu)應(yīng)力的概念，根據(jù)峰值應(yīng)力總存在于局部地區(qū)的特性，將由有限元法求得的總應(yīng)力先通過外推法將它從總應(yīng)力中扣除，然后將剩余的一次加二次應(yīng)力（結(jié)構(gòu)應(yīng)力）根據(jù)沿壁厚的分布特性（均布及線性、非線性）以及產(chǎn)生應(yīng)力的原因（機(jī)械或溫差）進(jìn)行分類；ASMEⅧ-2也在2007版對原Ⅷ-2全部作了改寫，目的之一是對某些結(jié)構(gòu)、載荷甚為復(fù)雜的元件，提供能顯示出最終失效時極限載荷的有限元方法進(jìn)行分析，盡可能少用、甚至回避對由有限元所得總應(yīng)力的分解和分類，與此同時，雖然也提供了對總應(yīng)力分解的建議（資料性附錄）方法，但說明對這一方法可以產(chǎn)生模棱兩可結(jié)果的情況，推薦采用能顯示出最終失效時極限載荷的有限元方法進(jìn)行分析。

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