壓力容器分析設計

前言

歐洲標準化委員會技術委員會第54工作組C小組(CEN TC 54 WG C)首次發(fā)表分析設計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計應用的法定基礎［即承壓設備指令［1］(PED)］所采納已有7年，《分析設計手冊》［3］(一本基于新方法草案的手冊)發(fā)布也已有5年。在PED已生效5年，協(xié)調性標準EN13445《非直接接觸火焰壓力容器》的第1部分至第5部分［2］已被批準的情況下，現(xiàn)在似乎是一個合適的時間推出一本具有全面統(tǒng)一內容的有關這個新方法的手冊，該方法現(xiàn)被稱之為分析設計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“設計”的規(guī)定性附錄B中。 作為我所寫的德文版基礎教材《壓力容器結構設計基本原則》［4］的一個繼續(xù)，本書已醞釀了很久。通過國際會議上的一些討論、國際研究團體中得到的經驗和有關這一專題所發(fā)表的文章［5～12］，我意識到，在壓力容器零部件設計領域，推廣這個非常有發(fā)展前景的新方法的最好途徑，就是出版一本英文著作。 壓力容器結構設計中所用的校核方法大多數(shù)都是基于按公式設計的概念，這些方法以相對簡單的計算，結合一些簡單的公式和圖表，并采用名義設計應力的概念(也稱為許用應力、許用工作應力或設計應力強度)，來得到所需要的零部件的厚度或橫截面尺寸。設計規(guī)范的大部分篇幅是圍繞這個概念，而這個概念仍是壓力容器結構設計文化的一部分并且被認為是先進的。基于按公式設計的方法，其優(yōu)點仍在于簡單，只是在最近幾年，基于按公式設計所采用的方程和計算方法才變得越來越復雜以期望得到更精確的結果，雖然經常不能達到目的。 基于按公式設計的方法局限于特定的幾何形狀和細部結構，它需要嚴格符合標準中指定的特定規(guī)則，只能在公式有效的范圍中使用，并需嚴格符合有關材料、制造和試驗要求。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。但一般來說，在該方法范圍內，得到這種證據是不可能的。

內容概要

本書旨在促進有限元分析在壓力容器設計領域的應用發(fā)展。書中介紹了一種在壓力容器設計中使用的新穎可靠。經濟實用的有限元分析方法——壓力容器設計直接法。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)的概念以及與設計校核相關的失效模式。     所涉及的設計校核包括：     總體塑性變形設計校核(GPD-DC)；     漸增塑性變形設計校核(PD-DC)；     穩(wěn)定性設計校核(S-DC)；     (循環(huán))疲勞設計校核(F-DC)；     靜平衡設計校核(SE-DC)。     本書的目的是作為壓力容器分析設計直接法的支持材料，通過提供主要原理，基本想法和假設等背景資料，使本書成為這個新方法的參考書。     讀者可以通過書中工程實際案例熟悉該方法，并且明確問題及相應求解方法，以及該方法的優(yōu)缺點等。     本書適用于壓力容器設計者。檢驗機構的設計專家以及在各行各業(yè)中致力子結構設計的研究人員。

作者簡介

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 劉應華 馬寧 等

書籍目錄

第1章　引言 第2章　概述 　2.1　分析設計直接法概述 　2.2　術語和定義 　　2.2.1　與失效相關的術語 　　2.2.2　與載荷有關的術語 　　2.2.3　與模型有關的術語 　　2.2.4　與厚度相關的術語 　　2.2.5　與響應相關的術語 　　2.2.6　與設計校核有關的術語 　2.3　載荷特征值和特征函數(shù)概述 　　2.3.1　承壓設備指令中的要求 　　2.3.2　根據PED要求得到的載荷特征值和特征函數(shù) 　2.4　設計模型和本構關系概述 　　2.4.1　設計模型 　　2.4.2　材料本構關系概述 第3章　設計校核與載荷工況 　3.1　設計校核 　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　步驟二建立設計校核表 　　3.3.3　步驟三建立設計模型 　　3.3.4　步驟四進行校核 　　3.3.5　步驟五結論 　3.4　工程實際案例 第4章　總體塑性變形設計校核(GPD-DC) 　4.1　前言 　4.2　步驟 　4.3　設計模型 　4.4　載荷設計值 　4.5　原理 　4.6　應用準則 　4.7　工程實際案例 第5章　漸增塑性變形設計校核(PD-DC) 　5.1　引言 　5.2　步驟 　5.3　設計模型 　5.4　載荷設計函數(shù) 　5.5　原理 　5.6　應用準則 　5.7　工程實際案例 第6章　穩(wěn)定性設計校核(S-DC) 　6.1　引言 　6.2　步驟 　6.3　設計模型 　6.4　載荷設計值與載荷設計函數(shù) 　6.5　原理 　6.6　應用準則 　6.7　工程實際案例 第7章　疲勞設計校核(F-DC) 第8章　靜平衡設計校核(SE-DC) 附錄A　一些實用的安定定理 附錄E　實例 附錄L?。篈NSYS輸入命令流 后記 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：分析設計直接法（DBA-DR）是一種先進的壓力容器設計方法，用來對壓力容器進行設計校核。該方法包括在歐盟協(xié)調性標準ENl3445“非直接接觸火焰壓力容器”強制性附錄中，因而，作為在標準中指定的這種方法，對設計要求的統(tǒng)一性與承壓設備指令（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：作為通常使用的常規(guī)設計方法的替代方法；在下列情況下，可以作為常規(guī)設計方法的補充：①常規(guī)設計不包括的工況；②載荷的疊加，如風載荷、雪載荷、地震載荷、管道力、附加設備施加的力等的疊加；③有關行政機構明確要求進行分析設計的情況，例如，在比較危險的場合或者對環(huán)境要求比較高的場合；④制造誤差超過給定的相關標準要求的情況。作為常規(guī)設計的替代方法，分析設計直接法可以用在常規(guī)設計方法以及所給定的公式所包含的全部內容；作為常規(guī)設計方法的補充，分析設計直接法可以用在常規(guī)設計中無法用公式設計的所有地方，以及常規(guī)設計沒有覆蓋的內容。這種方法可以用在多種載荷疊加的工況，而常規(guī)設計方法，或者沒有給出在這種工況下足夠的條件，或者容易導致過分保守的結果。分析設計直接法對零部件的行為及其安全性做了充分的分析，并顯示了臨界設計條件下的詳細狀況和安全臨界點，因此，有關行政機構額外要求應用分析設計直接法進行研究的情況并非少見。壓力容器制造時，如果超過了給定的誤差限定值，且沒有其他方法來證明其偏離程度在許可范圍內，那么，就不能使用常規(guī)設計方法。在這種情況下，分析設計直接法就是一個很方便、并得到許可的工具。

后記

EN13445第3部分附錄B給出的基于分析設計的直接法，是對非直接接觸火焰壓力容器零部件進行更為合理和詳細設計所邁出的關鍵一步。該方法使我們對壓力容器零部件的行為有了更多的了解，特別是它針對各種失效模式給出了不同安全裕度。在改進設計、在役檢測、在役檢測程序和在役檢測間隔時間的確定，以及基于風險的檢測方法等方面，該方法都有較大的優(yōu)勢。當前存在的對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，其實并不是真正的限制，因為當前的標準顯然涵蓋了大部分非直接接觸火焰壓力容器，而且將材料擴展到其它有足夠韌性的材料。在不遠的將來，現(xiàn)在對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，因為非直接接觸火焰壓力容器在蠕變狀態(tài)下的設計草案已經通過了第一輪的審查?；诮Y構全概率概念和結構可靠性概念的設計，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計要求和現(xiàn)象，要使得這些方法被普遍接受，可能還有很長的路要走。而且，基于分析設計的直接法中所采用的部分安全系數(shù)概念在與一些（改進的）概率概念相結合時，有足夠的靈活性和開放性，可靠性概念可以作為一個框架，用以確定更加合理的、更好分配的部分安全系數(shù)。在這個方法中，仍有一些細節(jié)的處理方式不太令人滿意，需要在理論和實驗方面繼續(xù)探討，歡迎多提寶貴意見。在用于非直接觸火焰壓力容器的這一有發(fā)展前景的設計方法的普及過程中，我們非常希望這本書會起到相應的幫助。

編輯推薦

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