【正文】 失效判據(jù)一般不能直接用于壓力容器的設(shè)計(jì)計(jì)算。將容器總體部位進(jìn)入整體屈服時(shí)的狀態(tài)或局部區(qū)域沿整個(gè)壁厚進(jìn)入全屈服狀態(tài)稱為塑性失效狀態(tài)，若材料符合理想塑性假設(shè)，載荷不需繼續(xù)增加，變形會無限制發(fā)展下去，稱此載荷為極限載荷。安定性一結(jié)構(gòu)除在初始階段少數(shù)幾個(gè)載荷循環(huán)中產(chǎn)生一定的塑性變形外，在繼續(xù)施加的循環(huán)外載荷作用下不再發(fā)生新的塑性變形，或者說不出現(xiàn)塑性疲勞或棘輪現(xiàn)象?！　?）應(yīng)用：　　GB 150、JB 4732外壓容器設(shè)計(jì)。各種不同的腐蝕失效形態(tài)所對應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是多種多樣的，有些還沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。壓力容器分析設(shè)計(jì)JB4732中采用此理論　　安全閥的 開啟壓力Pz：安全閥閥瓣開始離開閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安全閥進(jìn)口測得的壓力?！　∥覈好绹陌踩禂?shù)，歐洲的檢驗(yàn)要求　　針對存在問題，研究調(diào)整方案：　　室溫下的抗拉強(qiáng)度Rm：nb≥（分析設(shè)計(jì)nb≥）　　設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度（）nbs≥1－5（允許釆用）納入《新容規(guī)》　　安全系數(shù)（我國調(diào)整基于強(qiáng)度的安全系數(shù)研究及方案確定）　　　　5）焊接接頭系數(shù)　　　　適用范圍——設(shè)計(jì)溫度：蠕變溫度　　以低于鋼材蠕變極限（經(jīng)10萬小時(shí)蠕變率為1%的蠕變極限）控制其應(yīng)力強(qiáng)度許用極限的相應(yīng)溫度?！　≥d荷軸對稱（內(nèi)外壓作用），根據(jù)作用于回轉(zhuǎn)殼微元體的力的平衡關(guān)系，得到基于薄殼理論的微體平衡方程、區(qū)域平衡方程?！?0176?！　A平蓋的最大應(yīng)力σmax以1倍的許用應(yīng)力進(jìn)行限制，并考慮平板可能拼接而計(jì)及焊接接頭系數(shù)，則得到標(biāo)準(zhǔn)中的平蓋厚度計(jì)算公式：　　　　 開孔與開孔補(bǔ)強(qiáng)　　　　1）開孔補(bǔ)強(qiáng)原因（目的）：　　設(shè)計(jì)壓力大于4Mpa；設(shè)計(jì)溫度大于350；疲勞容器；承裝極度高度危害的容器；補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)不能滿足。標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭的公稱壓力是以板材16MnR在常溫下的強(qiáng)度為依 據(jù)而制定；　　　　 應(yīng)力分類　　按不同類別的應(yīng)力可能引起的失效模式建立起彈性失效、塑性失效、彈塑性失效及疲勞失效的設(shè)計(jì)與校核方法，并給出不同的應(yīng)力限制條件?？傮w結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，由于相鄰部位存在相互約束，可能使部分材料屈服進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，可造成彈塑性失效。　　3）法向應(yīng)力（Normal stress）：垂直于所考慮截面的應(yīng)力分量，也稱正應(yīng)力。由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)周圍存在彈性約束，使塑性變形回復(fù)到，此時(shí)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力（大小由0C線段代表）?？捎赏廨d荷與內(nèi)力的平衡關(guān)系求得。根據(jù)作用范圍大小，分總體熱應(yīng)力和局部熱應(yīng)力。一次彎曲應(yīng)力矸Pb。發(fā)生在結(jié)構(gòu)的不連續(xù)處，可以由機(jī)械載荷或熱膨脹差引起的。）≤λKSm　　　　 分析設(shè)計(jì)的直接法　　即“塑性分析法”，對結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行塑性分析或極限分析，求出塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布或極限載荷。）：　　應(yīng)力強(qiáng)度＝Max{ |σ1－σ2丨、|σ3－σ1丨、|σ2－σ3丨}　　5）按JB 4732表5－1進(jìn)行校核：　　應(yīng)力強(qiáng)度（SⅠ、SⅡ考慮不連續(xù)但不 包括應(yīng)力集中。　　引起熱應(yīng)力的“載荷”是溫差，溫差表明該類載荷的強(qiáng)弱，故稱為熱載荷，以區(qū)別于機(jī)械載荷?！　?）應(yīng)力產(chǎn)生的原因　　◆機(jī)械載荷直接產(chǎn)生　　◆在變形協(xié)調(diào)過程中產(chǎn)生的　　◆熱載荷引發(fā)的　　例：機(jī)械載荷引起的應(yīng)力：無自限性；　　溫差載荷：有自限性，不一定導(dǎo)致容器失效　　　?、儆蓹C(jī)械載荷引起的應(yīng)力　　假定材料始終符合虎克定律（線彈性）；利用彈性力學(xué)求解，超過屈服極限時(shí)，應(yīng)力又稱“虛擬應(yīng)力”?！　?）彎曲應(yīng)力（Bending stress）：是法向應(yīng)力沿截面厚度上的變化分量。外壓引起總體剛性失穩(wěn)，即形狀失穩(wěn)?！　　　Σ荒芤猿Ｒ?guī)方法進(jìn)行強(qiáng)度校核的，可以采用應(yīng)力分析或者實(shí)驗(yàn)應(yīng)力測試等方法校核?！　?）?！　?yīng)按平蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)）　　－大端國度段厚度：　　其中K＝f外壓碟形封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算　　只需考慮碟形封頭的球冠部分，作為一當(dāng)量半球形封頭進(jìn)行計(jì)算，該半球形封頭的半徑為碟形封頭球冠部分的半徑。　　　　　　適用范圍：p/[σ]NB/T 47011《鋯制壓力容器》?！　﹀F殼過渡段、開孔補(bǔ)強(qiáng)以及平封頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行修證?！　∶x厚度：設(shè)計(jì)厚度加上鋼材負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度?！　≡囼?yàn)壓力PT：進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或泄漏試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力?！　　　　　?）壓力容器的疲勞屬于高應(yīng)變（即在屈服點(diǎn)以上的）低周次（循 環(huán)次數(shù)小于105次）的疲勞失效，亦稱“低周疲勞”?！　　　　　?彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則　　1）如果容器的某一局部區(qū)域，一部分材料發(fā)生了屈服，而其他大部分區(qū)域仍為彈性狀態(tài)，而彈性部分又能約束著塑性區(qū)的塑性流動(dòng)變形，結(jié)構(gòu)處于這種彈塑性狀態(tài)可以認(rèn)為并不一定意味著失效?！　?）規(guī)定屈服極限是容器失效的應(yīng)力，考慮安全系數(shù)后，容器實(shí)際應(yīng)力處在彈性范圍內(nèi)。系統(tǒng)中每一零部件均會導(dǎo)致泄漏失效，所以密封失效不是一個(gè)獨(dú)立的失效模式，而是綜合性的?！　　　?）蠕變失效　　容器長期在高溫下運(yùn)行和受載，金屬材料會隨時(shí)間不斷發(fā)生蠕變損傷，逐步出現(xiàn)明顯的鼓脹與減薄，破裂而成事故?！　〉谝淮箢悾憾唐谑Ｊ剑骸　〉诙箢悾洪L期失效模式：　　第三大類：循環(huán)失效模式：　　2）《承壓設(shè)備損傷模式識別》（GB/T30579－2014）　　第1類：腐蝕減?。?5種）　　第2類：環(huán)境開裂（13種）　　第3類：材質(zhì)劣化（15種）　　第4類：機(jī)械損傷（11種）　　第5類：其他損傷（9種）　　 我國標(biāo)準(zhǔn)所考慮的失效模式　　1）GB 150 基于失效模式設(shè)計(jì)的考慮　　 容器的失效　　1）定義：壓力容器在規(guī)定的使用環(huán)境和時(shí)間內(nèi)，因尺寸、形狀或材料性能發(fā)生改變而完全失去或不能達(dá)到包括功能和設(shè)計(jì)壽命等的現(xiàn)象，稱為壓力容器失效。容器疲勞斷裂的最終失效方式一種是發(fā)生泄漏，稱為“未爆先漏”（LBB，Leak Before Break），另一種是爆破，可稱為“未漏先爆”。高塔在過大的軸向壓力（風(fēng)載、地震載荷）作用下也會皺折而引起倒塌?！　　　O限載荷設(shè)計(jì)原理　　將板、殼看作由若干受拉彎作用下的矩形截面梁，材料為理想彈塑性；當(dāng)拉伸為0時(shí)考察純彎梁應(yīng)力隨M的變化：　　1）彈性階段；　　2）當(dāng)上下表面（）時(shí)，對應(yīng)的最大彎矩：　　　　3）當(dāng)繼續(xù)增加載荷從彈性層減少，塑性層增加，直到整個(gè)截面屈服，此時(shí)不增加載荷截面梁變形也無限増大，即形成“塑性鉸”，此時(shí)：　　3）應(yīng)用：超高壓容器設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化；　　或|σ3|≤[σ]壓　　`沒有考慮其它兩個(gè)主應(yīng)力的影響，應(yīng)用于塑性材料時(shí)，偏差很大　　`由于歷史的原因，壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)中一直采用　　2）第二強(qiáng)度理論（最大線應(yīng)變理論）　　σ當(dāng)＝σ1－μ（σ2＋σ3）　　及σ當(dāng)＝|σ3－μ（σ1＋σ2）|　　要求：σ當(dāng)≤[σ]拉　　1）壓力（除注明者外，均為表壓力）　　設(shè)計(jì)壓力P：指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。需要時(shí)，尚應(yīng)計(jì)入其他載荷所需厚度。　?。ㄒ唬┦?zhǔn)則　　壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB150）主要采用彈性失效準(zhǔn)則。JB/T 4745《鈦制焊接容器》；　　計(jì)算公式的可靠性　　實(shí)驗(yàn)得到封頭上最大應(yīng)力發(fā)生部位、方向、及大小隨a/b的變化　　　?。骸　∪齻€(gè)階段：　　1＜a/b≤　?。糰/b≤　　＜a/b　　　　　　　　 開孔補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)型式及適用條件　　1）開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)型式1－補(bǔ)強(qiáng)圏補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)遵循的條件只涉及靜力強(qiáng)度，不考慮峰值應(yīng)力問題（不適用疲勞容器）　　對二次應(yīng)力的安定性問題，通過限制開孔范圍進(jìn)行控制　　 等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)　　1）本質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)方法，無法在理論上證明其必然能保證開孔處結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。這些都非常值得重視和深入研究。結(jié)構(gòu)的不確定性：　　即“以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)”，簡稱“分析設(shè)計(jì)”（Design by Analysis）?！　》治鲈O(shè)計(jì)法——按這種設(shè)計(jì)思想進(jìn)行容器設(shè)計(jì)時(shí)必先進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計(jì)算出來，然后進(jìn)行應(yīng)力分類，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效，這就是以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。　　6）設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm：應(yīng)力強(qiáng)度的許用基準(zhǔn)值　　除螺栓材料外鋼材；　　　　螺柱材料（JB 4732表3－2）：　　對用奧氏體不銹鋼材制成的部件，根據(jù)使用部件，對允許有微量永久變形的部件：　　　　7）塑性：材料中應(yīng)力超過曲阜極限后發(fā)生于時(shí)間無關(guān)的不可恢復(fù)的變形?！　∨c此對應(yīng)的虛擬應(yīng)力σ1正好為2σy，因此σ1　?、塾蓽夭町a(chǎn)生的熱應(yīng)力　　　　　　4）總結(jié)　　JB 4732 表5－1應(yīng)力種類一次應(yīng)力二次應(yīng)力峰值應(yīng)力總體薄膜局部薄膜彎曲說明（例子見表4－1）沿實(shí)心截面的平 均一次應(yīng)力。、SⅢ　　部位A 遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域基本特征是具有“自限性”：　　筒體與端蓋的連接；　　厚壁容器內(nèi)外壁存在溫差；　　　　3）峰值應(yīng)力F（Peak stress）：由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力的影響而疊加到一次加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量?！　±簤毫Γ弧　〗庸芰?；　　3）應(yīng)力的分布：沿壁厚的分布是均勻的、線性的或非線性的?！　　　　　、讦?＞2σy；　　塑性區(qū)內(nèi)的彈性名義應(yīng)力超過兩倍屈服強(qiáng)度值后，卸載時(shí)從B點(diǎn)沿BG線下降，由于約束而產(chǎn)生反向壓縮屈服而達(dá)到D點(diǎn)?！　?）應(yīng)力強(qiáng)度（Stress intensity）：即“組合應(yīng)力當(dāng)量強(qiáng)度”，　　復(fù)雜應(yīng)力的當(dāng)量強(qiáng)度，是按所采用的強(qiáng)度理論對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)組合為與單向應(yīng)力可資比較的當(dāng)量應(yīng)力?！　　　?968年ASME規(guī)范第Ⅷ卷“壓力容器”正式分為兩冊，第一冊（ASMEⅧ—1）為傳統(tǒng)的規(guī)