壓力容器分析設(shè)計(jì)

前言

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)技術(shù)委員會(huì)第54工作組C小組(CEN TC 54 WG C)首次發(fā)表分析設(shè)計(jì)中所使用的新方法草案已有12年之久，該方法被壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)用的法定基礎(chǔ)［即承壓設(shè)備指令［1］(PED)］所采納已有7年，《分析設(shè)計(jì)手冊(cè)》［3］(一本基于新方法草案的手冊(cè))發(fā)布也已有5年。在PED已生效5年，協(xié)調(diào)性標(biāo)準(zhǔn)EN13445《非直接接觸火焰壓力容器》的第1部分至第5部分［2］已被批準(zhǔn)的情況下，現(xiàn)在似乎是一個(gè)合適的時(shí)間推出一本具有全面統(tǒng)一內(nèi)容的有關(guān)這個(gè)新方法的手冊(cè)，該方法現(xiàn)被稱之為分析設(shè)計(jì)中的直接法而被放在EN13445《非直接接觸火焰壓力容器》的第3部分“設(shè)計(jì)”的規(guī)定性附錄B中。 作為我所寫的德文版基礎(chǔ)教材《壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則》［4］的一個(gè)繼續(xù)，本書已醞釀了很久。通過(guò)國(guó)際會(huì)議上的一些討論、國(guó)際研究團(tuán)體中得到的經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)這一專題所發(fā)表的文章［5～12］，我意識(shí)到，在壓力容器零部件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，推廣這個(gè)非常有發(fā)展前景的新方法的最好途徑，就是出版一本英文著作。 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所用的校核方法大多數(shù)都是基于按公式設(shè)計(jì)的概念，這些方法以相對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算，結(jié)合一些簡(jiǎn)單的公式和圖表，并采用名義設(shè)計(jì)應(yīng)力的概念(也稱為許用應(yīng)力、許用工作應(yīng)力或設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度)，來(lái)得到所需要的零部件的厚度或橫截面尺寸。設(shè)計(jì)規(guī)范的大部分篇幅是圍繞這個(gè)概念，而這個(gè)概念仍是壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文化的一部分并且被認(rèn)為是先進(jìn)的?；诎垂皆O(shè)計(jì)的方法，其優(yōu)點(diǎn)仍在于簡(jiǎn)單，只是在最近幾年，基于按公式設(shè)計(jì)所采用的方程和計(jì)算方法才變得越來(lái)越復(fù)雜以期望得到更精確的結(jié)果，雖然經(jīng)常不能達(dá)到目的。 基于按公式設(shè)計(jì)的方法局限于特定的幾何形狀和細(xì)部結(jié)構(gòu)，它需要嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)中指定的特定規(guī)則，只能在公式有效的范圍中使用，并需嚴(yán)格符合有關(guān)材料、制造和試驗(yàn)要求。例如，特定的制造公差通常是基于良好的工藝，如果該公差不能滿足，則該方法就不能使用，除非有其他的證據(jù)。但一般來(lái)說(shuō)，在該方法范圍內(nèi)，得到這種證據(jù)是不可能的。

內(nèi)容概要

本書旨在促進(jìn)有限元分析在壓力容器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。書中介紹了一種在壓力容器設(shè)計(jì)中使用的新穎可靠。經(jīng)濟(jì)實(shí)用的有限元分析方法——壓力容器設(shè)計(jì)直接法。這一規(guī)范化的方法是基于線性或者非線性有限元法、部分安全系數(shù)的概念以及與設(shè)計(jì)校核相關(guān)的失效模式。     所涉及的設(shè)計(jì)校核包括：     總體塑性變形設(shè)計(jì)校核(GPD-DC)；     漸增塑性變形設(shè)計(jì)校核(PD-DC)；     穩(wěn)定性設(shè)計(jì)校核(S-DC)；     (循環(huán))疲勞設(shè)計(jì)校核(F-DC)；     靜平衡設(shè)計(jì)校核(SE-DC)。     本書的目的是作為壓力容器分析設(shè)計(jì)直接法的支持材料，通過(guò)提供主要原理，基本想法和假設(shè)等背景資料，使本書成為這個(gè)新方法的參考書。     讀者可以通過(guò)書中工程實(shí)際案例熟悉該方法，并且明確問(wèn)題及相應(yīng)求解方法，以及該方法的優(yōu)缺點(diǎn)等。     本書適用于壓力容器設(shè)計(jì)者。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)專家以及在各行各業(yè)中致力子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究人員。

作者簡(jiǎn)介

作者：(奧地利)約瑟夫 L.澤曼(Josef L. Zeman) (奧地利)弗朗茨·拉舍爾(Franz Rauscher) (奧地利)塞馬斯蒂安·辛德勒(Sebastian Schindler) 譯者：蘇文獻(xiàn) 劉應(yīng)華 馬寧 等

書籍目錄

第1章　引言 第2章　概述 　2.1　分析設(shè)計(jì)直接法概述 　2.2　術(shù)語(yǔ)和定義 　　2.2.1　與失效相關(guān)的術(shù)語(yǔ) 　　2.2.2　與載荷有關(guān)的術(shù)語(yǔ) 　　2.2.3　與模型有關(guān)的術(shù)語(yǔ) 　　2.2.4　與厚度相關(guān)的術(shù)語(yǔ) 　　2.2.5　與響應(yīng)相關(guān)的術(shù)語(yǔ) 　　2.2.6　與設(shè)計(jì)校核有關(guān)的術(shù)語(yǔ) 　2.3　載荷特征值和特征函數(shù)概述 　　2.3.1　承壓設(shè)備指令中的要求 　　2.3.2　根據(jù)PED要求得到的載荷特征值和特征函數(shù) 　2.4　設(shè)計(jì)模型和本構(gòu)關(guān)系概述 　　2.4.1　設(shè)計(jì)模型 　　2.4.2　材料本構(gòu)關(guān)系概述 第3章　設(shè)計(jì)校核與載荷工況 　3.1　設(shè)計(jì)校核 　3.2　載荷工況 　3.3　步驟 　　3.3.1　步驟一建立載荷工況清單 　　3.3.2　步驟二建立設(shè)計(jì)校核表 　　3.3.3　步驟三建立設(shè)計(jì)模型 　　3.3.4　步驟四進(jìn)行校核 　　3.3.5　步驟五結(jié)論 　3.4　工程實(shí)際案例 第4章　總體塑性變形設(shè)計(jì)校核(GPD-DC) 　4.1　前言 　4.2　步驟 　4.3　設(shè)計(jì)模型 　4.4　載荷設(shè)計(jì)值 　4.5　原理 　4.6　應(yīng)用準(zhǔn)則 　4.7　工程實(shí)際案例 第5章　漸增塑性變形設(shè)計(jì)校核(PD-DC) 　5.1　引言 　5.2　步驟 　5.3　設(shè)計(jì)模型 　5.4　載荷設(shè)計(jì)函數(shù) 　5.5　原理 　5.6　應(yīng)用準(zhǔn)則 　5.7　工程實(shí)際案例 第6章　穩(wěn)定性設(shè)計(jì)校核(S-DC) 　6.1　引言 　6.2　步驟 　6.3　設(shè)計(jì)模型 　6.4　載荷設(shè)計(jì)值與載荷設(shè)計(jì)函數(shù) 　6.5　原理 　6.6　應(yīng)用準(zhǔn)則 　6.7　工程實(shí)際案例 第7章　疲勞設(shè)計(jì)校核(F-DC) 第8章　靜平衡設(shè)計(jì)校核(SE-DC) 附錄A　一些實(shí)用的安定定理 附錄E　實(shí)例 附錄L?。篈NSYS輸入命令流 后記 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：分析設(shè)計(jì)直接法（DBA-DR）是一種先進(jìn)的壓力容器設(shè)計(jì)方法，用來(lái)對(duì)壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。該方法包括在歐盟協(xié)調(diào)性標(biāo)準(zhǔn)ENl3445“非直接接觸火焰壓力容器”強(qiáng)制性附錄中，因而，作為在標(biāo)準(zhǔn)中指定的這種方法，對(duì)設(shè)計(jì)要求的統(tǒng)一性與承壓設(shè)備指令（PED）附錄I的基本安全要求（ESR）的假定是一致的。該方法可以用來(lái)：作為通常使用的常規(guī)設(shè)計(jì)方法的替代方法；在下列情況下，可以作為常規(guī)設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充：①常規(guī)設(shè)計(jì)不包括的工況；②載荷的疊加，如風(fēng)載荷、雪載荷、地震載荷、管道力、附加設(shè)備施加的力等的疊加；③有關(guān)行政機(jī)構(gòu)明確要求進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的情況，例如，在比較危險(xiǎn)的場(chǎng)合或者對(duì)環(huán)境要求比較高的場(chǎng)合；④制造誤差超過(guò)給定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。作為常規(guī)設(shè)計(jì)的替代方法，分析設(shè)計(jì)直接法可以用在常規(guī)設(shè)計(jì)方法以及所給定的公式所包含的全部?jī)?nèi)容；作為常規(guī)設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充，分析設(shè)計(jì)直接法可以用在常規(guī)設(shè)計(jì)中無(wú)法用公式設(shè)計(jì)的所有地方，以及常規(guī)設(shè)計(jì)沒(méi)有覆蓋的內(nèi)容。這種方法可以用在多種載荷疊加的工況，而常規(guī)設(shè)計(jì)方法，或者沒(méi)有給出在這種工況下足夠的條件，或者容易導(dǎo)致過(guò)分保守的結(jié)果。分析設(shè)計(jì)直接法對(duì)零部件的行為及其安全性做了充分的分析，并顯示了臨界設(shè)計(jì)條件下的詳細(xì)狀況和安全臨界點(diǎn)，因此，有關(guān)行政機(jī)構(gòu)額外要求應(yīng)用分析設(shè)計(jì)直接法進(jìn)行研究的情況并非少見(jiàn)。壓力容器制造時(shí)，如果超過(guò)了給定的誤差限定值，且沒(méi)有其他方法來(lái)證明其偏離程度在許可范圍內(nèi)，那么，就不能使用常規(guī)設(shè)計(jì)方法。在這種情況下，分析設(shè)計(jì)直接法就是一個(gè)很方便、并得到許可的工具。

后記

EN13445第3部分附錄B給出的基于分析設(shè)計(jì)的直接法，是對(duì)非直接接觸火焰壓力容器零部件進(jìn)行更為合理和詳細(xì)設(shè)計(jì)所邁出的關(guān)鍵一步。該方法使我們對(duì)壓力容器零部件的行為有了更多的了解，特別是它針對(duì)各種失效模式給出了不同安全裕度。在改進(jìn)設(shè)計(jì)、在役檢測(cè)、在役檢測(cè)程序和在役檢測(cè)間隔時(shí)間的確定，以及基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)方法等方面，該方法都有較大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前存在的對(duì)于由足夠韌性的鋼材制造的非直接接觸火焰壓力容器的某些限制，其實(shí)并不是真正的限制，因?yàn)楫?dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)顯然涵蓋了大部分非直接接觸火焰壓力容器，而且將材料擴(kuò)展到其它有足夠韌性的材料。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，現(xiàn)在對(duì)于非直接接觸火焰壓力容器只能在材料蠕變狀態(tài)以下操作的限制將不再適用，因?yàn)榉侵苯咏佑|火焰壓力容器在蠕變狀態(tài)下的設(shè)計(jì)草案已經(jīng)通過(guò)了第一輪的審查?；诮Y(jié)構(gòu)全概率概念和結(jié)構(gòu)可靠性概念的設(shè)計(jì)，也許在理論上有更具吸引力和更合理的方法，但是，由于壓力容器行業(yè)存在著各種各樣的設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)象，要使得這些方法被普遍接受，可能還有很長(zhǎng)的路要走。而且，基于分析設(shè)計(jì)的直接法中所采用的部分安全系數(shù)概念在與一些（改進(jìn)的）概率概念相結(jié)合時(shí)，有足夠的靈活性和開(kāi)放性，可靠性概念可以作為一個(gè)框架，用以確定更加合理的、更好分配的部分安全系數(shù)。在這個(gè)方法中，仍有一些細(xì)節(jié)的處理方式不太令人滿意，需要在理論和實(shí)驗(yàn)方面繼續(xù)探討，歡迎多提寶貴意見(jiàn)。在用于非直接觸火焰壓力容器的這一有發(fā)展前景的設(shè)計(jì)方法的普及過(guò)程中，我們非常希望這本書會(huì)起到相應(yīng)的幫助。

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