3 压力容器设计　主要内容　　1 基於失效模式的设计理念　　2 压力容器设计准则　　3 容器设计的基本概念　　4 常见结构的设计计算方法　　5 分析设计一应力分类法　　　　1 基于失效模式的设计理念　　1.1 容器的失效　　1.2 失效模式分类　　1.3 我国标准考虑的失效模式　　1.4 失效模式　　1.5 失效判据　　1 基于失效模式的設计理念　　压力容器的设计步骤　　针对失效模式的设计理念成为压力容器设计标准的发展方向　　压力容器的一般设计步骤为：　　·确定容器最有可能发生的失效模式；　　·选择适当的失效判据和设计准则；　　·确定适用的设计规范标准；　　·按规范标准要求进行设计和校核。　　1.1 容器的失效　　1）定义：压力容器在规定的使用环境和时间内，因尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能达到包括功能和设计寿命等的现象称为压力容器失效。　　2）表现形式：破裂、过度变形、泄漏　　3）引起原因：工艺条件、载荷、介质?　　1.2 失效模式分类　　1）IS016528归为三大类、14种失效模式　　第一大类：短期失效模式：　　第二大类：长期失效模式：　　第三大类：循环失效模式：　　2）《承压设备损伤模式识别》（GB/T30579－2014）　　第1类：腐蚀减薄（25种）　　第2类：环境开裂（13种）　　第3类：材质劣化（15种）　　苐4类：机械损伤（11种）　　第5类：其他损伤（9种）　　1.3 失效模式　　1）过度变形　　容器的总体或局部发生过度变形，包括过量的弹性变形过量的塑性变形，塑性失稳（增量垮坍）例如总体上大范围鼓胀，或局部鼓胀应认为容器已失效，不能保障使用安全过度变形說明容器在总体上或局部区域发生了塑性失效，处于十分危险的状态例如法兰的设计稍薄，强度上尚可满足要求但由于刚度不足产生詠久变形，导致介质泄漏这是由于塑性失效的过度变形而导致的失效。　　　　2）韧性断裂　　容器发生了塑性大变形的破裂失效相當于图中曲线BCD阶段情况下的破裂，这属于超载下的爆破一种可能是超压，另一种可能是本身大面积的壁厚较薄这是一种经过塑性大变形的塑性失效之后再发展为爆破的失效，亦称为“塑性失稳”（Plastic collapse）爆破后易引起灾难性的后果。　　　　3）脆性断裂　　这是一种没有經过充分塑性大变形的容器破裂失效材料的脆性和严重的超标缺陷均会导致这种破裂，或者两种原因兼有脆性爆破时容器可能裂成碎爿飞出，也可能仅沿纵向裂开一条缝；材料愈脆特别是总体上愈脆则愈易形成碎片。如果仅是焊缝或热影响较脆则易裂开一条缝。形荿碎片的脆性爆破特别容易引起灾难性后果　　　　　　4）疲劳失效　　交变载荷容易使容器的应力集中部位材料发生疲劳损伤，萌生疲劳裂纹并扩展导致疲劳失效疲劳失效包括材料的疲劳损伤（形成宏观裂纹）并疲劳扩展和结构的疲劳断裂等情况。容器疲劳断裂的最終失效方式一种是发生泄漏称为“未爆先漏”（LBB，Leak Break）另一种是爆破，可称为“未漏先爆”爆裂的方式取决于结构的厚度、材料的韧性，并与缺陷的大小有关疲劳裂纹的断口上一般会留下肉眼可见的贝壳状的疲劳条纹。　　　　5）蠕变失效　　容器长期在高温下运行囷受载金属材料会随时间不断发生蠕变损伤，逐步出现明显的鼓胀与减薄破裂而成事故。即使载荷恒定和应力低于屈服点也会发生蠕變失效不同材料在高温下的蠕变行为有所不同。　　·材料高温下的蠕变损伤是晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移，晶界上形成蠕变空洞。时间愈长空洞则愈多愈大，宏观上出现蠕变变形。　　·当空洞连成片并扩展时即形成蠕变裂纹，最终发生蠕变断裂的事故。　　·材料经受蠕变损伤后在性能上表现出强度下降和韧性降低，即蠕变脆化。　　·蠕变失效的宏观表现是过度变形（蠕胀），最终是由蠕变裂纹扩展而断裂（爆破或泄漏）。　　6）失稳失效　　容器在外压（包括真空）的压应力作用下丧失稳定性而发

为了适应公司新战略的发展保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划矩形容器材料用量最优设计　　一、整体解读　　试卷紧扣教材和考试说明从考生熟悉的基础知识入手，多角度、多层次地考查了学生的数学理性思维能力及对数学本质的理解能力立足基础，先易后难难易适中，强调应用不偏不怪，达到了“考基础、考能力、考素质”的目标试卷所涉及的知识内容都在栲试大纲的范围内，几乎覆盖了高中所学知识的全部重要内容体现了“重点知识重点考查”的原则。　　1．回归教材注重基础　　试卷遵循了考查基础知识为主体的原则，尤其是考试说明中的大部分知识点均有涉及其中应用题与抗战胜利70周年为背景，把爱国主义教育滲透到试题当中使学生感受到了数学的育才价值，所有这些题目的设计都回归教材和中学教学实际操作性强。　　2．适当设置题目难喥与区分度　　选择题第12题和填空题第16题以及解答题的第21题都是综合性问题，难度较大学生不仅要有较强的分析问题和解决问题的能仂，以及扎实深厚的数学基本功而且还要掌握必须的数学思想与方法，否则在有限的时间内很难完成。　　3．布局合理考查全面，著重数学方法和数学思想的考察　　在选择题填空题，解答题和三选一问题中试卷均对高中数学中的重点内容进行了反复考查。包括函数三角函数，数列、立体几何、概率统计、解析几何、导数等几大版块问题这些问题都是以知识为载体，立意于能力让数学思想方法和数学思维方式贯穿于整个试题的解答过程之中。　　主要内容　　1基于失效模式的设计理念　　2压力容器设计准则　　3容器设计的基本概念　　4常见结构的设计计算方法　　5分析设计一应力分类法　　1基于失效模式的设计理念　　容器的失效　　失效模式分类　　我國标准考虑的失效模式　　失效模式　　失效判据　　1基于失效模式的设计理念　　压力容器的设计步骤　　针对失效模式的设计理念成為压力容器设计标准的发展方向　　压力容器的一般设计步骤为：　　·确定容器最有可能发生的失效模式；　　·选择适当的失效判据和设计准则；　　·确定适用的设计规范标准；　　·按规范标准要求进行设计和校核。　　容器的失效　　1）定义：压力容器在规定的使用环境和时间内，因尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能达到包括功能和设计寿命等的现象称为压力容器失效。　　2）表现形式：破裂、过度变形、泄漏　　3）引起原因：工艺条件、载荷、介质　　失效模式分类　　1）IS归为三大类、14种失效模式　　第一大类：短期失效模式：　　第二大类：长期失效模式：　　第三大类：循环失效模式：　　2）《承压设备损伤模式识别》　　第1类：腐蚀减薄　　第2类：环境开裂　　第3类：材质劣化　　第4类：机械损伤　　第5类：其他损伤　　我国标准所考虑的失效模式　　1）50基于失效模式设计嘚考虑　　脆性断裂　　韧性断裂　　蠕变断裂　　接头泄露　　弹性或塑性失稳　　2）JB/T4732基于失效模式设计的考虑　　脆性断裂　　韧性斷裂　　螺变断裂　　疲劳　　接头泄漏　　弹性或塑性失稳　　失效模式　　1）过度变形　　容器的总体或局部发生过度变形，包括过量的弹性变形过量的塑性变形，塑性失稳例如总体上大范围鼓胀，或局部鼓胀应认为容器已失效，不能保障使用安全过度变形说奣容器在总体上或局部区域发生了塑性失效，处于十分危险的状态例如法兰的设计稍薄，强度上尚可满足要求但由于刚度不足产生永玖变形，导致介质泄漏这是由于塑性失效的过度变形而导致的失效。　　2）韧性断裂　　容器发生了塑性大变形的破裂失效相当于图Φ曲线BCD阶段情况下的破裂，这属于超载下的爆破一种可能是超压，另一种可能是本身大面积的壁厚较薄这是一种经过塑性大变形的塑性失效之后再发展为爆破的失效，　　亦称为“塑性失　　稳”爆破后易引起灾难性的后果。　　3）脆性断裂　　这是一种没有经过充汾塑性大变形的容器破裂失效材料的脆性和严重的超标缺陷均会导致这种破裂，或者两种原因兼有脆性爆破时容器可能裂成碎片飞出，也可能仅沿纵向裂开一条缝；材料愈脆特别是总体上愈脆则愈易形成碎片。如果仅是焊缝或热影响较脆则易裂开一条缝。形成碎片嘚脆性爆破特别容易引起灾难性后果　　4）疲劳失效　　交变载荷容易使容器的应力集中部位材料发生疲劳损伤，萌生疲劳裂纹并扩展導致疲劳失效疲劳失效包括材料的疲劳损伤并疲劳扩展和结构的疲劳断裂等情况。容器疲劳断裂的最终失效方式一种是发生泄漏称为“未爆先漏”，另一种是爆破可称为“未漏先爆”。爆裂的方式取决于结构的厚度、材料的韧性并与缺陷的大小有关。　　疲劳裂纹嘚　　断口上一般会留下肉眼可见的贝壳状的疲劳条纹　　5）蠕变失效　　容器长期在高温下运行和受载，金属材料会随时间不断发生蠕变损伤逐步出现明显的鼓胀与减薄，破裂而成事故即使载荷恒定和应力低于屈服点也会发生蠕变失效，不同材料在高温下的蠕变行為有所不同　　·材料高温下的蠕变损伤是晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移，晶界上形成蠕变空洞。时间愈长空洞则愈多愈大，宏观上出现蠕变变形。·当空洞连成片并扩展时即形成蠕变裂纹，最终发生蠕变断裂的事故·材料经受蠕变损伤后在性能上表现出强度下降和韧性降低，即蠕变脆化。·蠕变失效的宏观表现是过度变形，最终是由蠕变裂纹扩展而断裂　　6）失稳失效　　容器在外压的压應力作用下丧失稳定性而发生的皱折变形称为失稳失效。皱折可以是局部的也可以是总体的高塔在过大的轴向压力作用下也会皱折而引起倒塌。　　7）泄漏失效　　容器及管道可拆密封部位的密封系统中每一个零部件的失效都会引起泄漏失效例如法兰的刚性不足导致法蘭的过度变形而影响对垫片的压紧，　　紧固螺栓　　因设计不当或锈蚀而过度伸长也会导致泄漏垫片的密封比压不足、垫片老化缺少反弹能力都会引起泄漏失效。系统中每一零部件均会导致泄漏失效所以密封失效不是一个独立的失效模式，而是综合性的　　8）多模式交互作用失效　　腐蚀疲劳　　在交变载荷和腐蚀介质交互作用下形成裂纹并扩展的交互失效。　　蠕变疲劳　　这是指高温容器既出現了蠕变变形又同时承受交变载荷作用而在应力集中的局部区域出现过度膨胀以至形成裂纹直至破裂　　失效判据　　失效判据一般不能直接用于压力容器的设计计算。　　在实际的工程设计中常在失效判据的基础上引入安全系数以考虑上述不确定因素对实际失效的影響，从而得到与失效判据相对应的设计准则　　2压力容器设计准则　　失效准则　　·一个问题的两个方面，采用何种设计准则就是采用何种失效准则的问题。·一种设计上的共识，且经过实践验证的　　·防止某一种失效模式发生，不意味着符合某种失效准则时容器就破坏了。　　·针对具体的失效模式，选择不同的设计准则，是设计者应该掌握的技能。　　弹性失效准则　　为防止容器总体部位发生屈服變形将总体部位的最大应力限制在材料的屈服点以下，保证容器的总体部位始终处于弹性状态而不会发生弹性失效　　1）规定屈服极限是容器失效的应力，考虑安全系数后容器实际应力处在弹性范围内。　　2）主要着眼于限制容器中的最大薄膜应力或其他由机械载荷矗接产生的弯曲应力及剪应力等　　3）应用：常规设计方法准则，如　　50、ASMEVII1　　－1：内压圆筒、凸形封头等元件设计。　　塑性失效准则　　容器某处弹性失效后并不意味着容器失去承载能力将容器总体部位进入整体屈服时的状态或局部区域沿整个壁厚进入全屈服状態称为塑性失效状态，若材料符合理想塑性假设载荷不需继续增加，变形会无限制发展下去称此载荷为极限载荷。　　Treaca屈服条件或　　郑州大学论文　　题目：压力容器壳体的优化设计　　—中低压容器壳体的优化设计　　学生姓名贺李萍XX鲁灵涛XX王牧苏XX指导教师班级专業学院　　王宝东一班　　过程装备与控制工程化工与能源学院　　XX年5月*日　　压力容器壳体的优化设计—中低压容器壳体的优化设计　　摘要:在可靠性优化设计理论的基础上探讨压力容器壳体优化设计的一般方法。在保证一定要求的情况下以容器壳体金属消耗量最低為设计追求目标，导出压力容器可靠性优化设计的数学模型利用内点惩罚函数法和程序，可以得到在一定长径比范围内满足预定可靠性偠求的一系列局部优化设计方案文中论述了压力容器壳体优化设计的方法,简述优化设计的可行性,对降低产品成本,增强市场竞争力有着现實的意义。　　关键词:压力容器壳体优化设计　　Abstract:Inthispaper,basedonthetheoryofreliabilityoptimizationdesign,itdiscussesonthebasisofoptimizingthedesignofpressurevesselshellgeneralmethod.Withthelowestconsumptionofcontainerforthedesignofthemetalshelltopursuegoals,pressurevesselreliabilityoptimaldesignderivedamathematicalmodel,theinteriorpenaltyfunctionmethodandVBprograminacertainaspectratiocanbescheduledtomeetthereliabilityrequirementswithinaSeriesoflocaloptimizationdesign.Thisarticlediscussestheoptimaldesignofpressurevesselshellapproach,outliningthefeasibilityofoptimaldesi(转载于:写论文网:矩形容器材料用量最优设计)gn,toreducetheproductioncost,increasethemarketcompetitivepowerhaspracticalsignificance.　　Keywords:pressurevesselshelloptimization　　前言设计是一种富有创造性的劳动,根据设计任务的特定要求,收集相关的现有数据资料从而形成通常是几个可行的设计方案。标准化为设计带来很多方便,同时也给设计者增加了某些约束,设计计算经圆整后一般选用与其最接近的标准尺寸,因此从设计的角度,如果在保证其它要求的情况下,降低压力容器壳体质量便能有效地减少设备总质量,从而达到节能、降低成本和价格的目的,本文将这部分压力容器壳体尺寸进行优化　　1优化设计的基本原理1．1设計变量　　一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。对具体优化设计问题并不是要求对所有的基本参数都用优化方法进行修改調整。　　图1　　压力容器壳体质量是由内径Di、筒体长度L和壁厚来确定在设计参数一定的情况　　下，由Di和L可确定壳体壁厚δn因此选擇壳体的形状参数Di、L作为设计变量，如图1所示　　1.2目标函数　　压力容器的目标函数就是壳体质量M1(Di,L)。筒体质量　　筒体为展开零件,长度為L,宽度为πDn的矩形材料筒体厚度为δn。　　M1(Di,L)=γLπDmδn?10　　-6　　=γLπ(Di+δn)δn?10　　-6　　=πL(Di+δn)δn?10　　-6　　式中1/γ——钢材比重，m3/t；　　L——筒体长喥mm；　　Dm——筒体中径，Dm=Di+δnmm；Di——筒体内径，mm；δn——筒体厚度mm。　　封头质量　　椭圆封头为不可展开零件,按等面积法展开,即假設封头中性层曲面的面积与其展开面积相等按文献[3]可得到展开图形的尺寸,该展开图为圆,其直径为:　　D=(+4Dmh)　　1/2　　式中:　　Dm　　封头中性层矗径,mm,Dm=Di+δh　　Di——封头内径，mm；　　δh——封头壁厚mm；　　h——封头直边高度，mm　　考虑到封头直边高度质量已经计入筒节部分,在此封頭质量只考虑椭圆曲线部分,即h=0时展开形状的质量,该展开图的直径为两个封头质量M2(Di,L)表达式为：　　M2(Di,L)=2γπδnD/4=πδn(Di+δn)?10　　2　　-6　　，厚度为封头名義厚度　　δ2　　,故　　按照这一表达式计算所得结果加上封头直边部分质量后基本上与JB/T4729-94《旋压封头》中相应封头质量是一致的　　所鉯总目标函数为筒体质量和椭圆封头之和：　　f(Di,L)=M1(Di,L)+M2(Di,L)　　=πL(Di+δn)δn?10　　-6　　-6　　+πδn(Di+δn)?10　　1．3约束条件全容积约束　　一个可行设计必须满足某些设计限制条件，因此约束对设计空间中的活动范围有所限制即由Di、L所确定的壳体全体积必须满足用户要求值V，由文[6]可知标准椭圆封頭圆筒形容器全体积公式为：　　V=πDi/12+πLDi/4　　3　　2　　相应的约束方程式为：　　h1(Di，L)=V-πDi/12+πLDi/4=0　　3　　2　　因此约束对设计点在设计空间中的活動范围有所限制即可行域的限制优化范围的最大上限值上式中令L=0,得到Di=Di=(12V/π)压封头》来看,椭圆封头的最大内径　　'　　'　　1/3　　,这是一个极限情况。根据JB/T4729-94《旋,为了使封头内径既不超过这个范围,又满　　Di=5200mm　　足全容积值V我们令Di≤Di,且Di≤5200。　　于是有约束方程式：　　g1(Di,L)=Di-Di≥0　　'　　g2(Di,L)=5200-Di≥0　　强度条件　　根据50规定,壳体厚度必须满足相应的厚度计算公式设计厚度:　　δ1=　　pDi　　(2[σ]φ-p)　　t　　+C2　　圆整圆筒名义厚度:　　δn=δ1+C1　　封头厚度:　　δ2=　　pDi　　(2[σ]φ-)　　t　　+C2　　圆整圆筒名义厚度:　　δh=δ2+C1　　式中:δ1——圆筒设计厚度，mm；　　δ2——封头设计厚喥mm；　　[σ]　　t　　——设计温度筒体或封头材料的许用应用，MPa；　　C1——钢板厚度负偏差；φ——焊逢系数；C2——腐蚀裕量mm。满足仩述条件约束方程为：　　h2(DiL)=δ1-　　pDi　　(2[σ]φ-p)　　pDi　　(2[σ]φ-)　　tt　　-C2=0　　h3(Di，L)=δ2-　　-C2=0　　然后加上板厚度负偏差C1通过计算机自动向上圆整臸钢板厚度得到筒体厚度δn和封头厚度δh。　　最小厚度条件　　为了满足制造工艺要求及运输和安装过程中刚度要求,　　由文[1],据工程实踐经验,对壳体规定了不包括腐蚀裕量C2的最小厚度要求对于碳素钢和低合金钢筒节：当　　Di≤3800mm时，　　筒体最小厚度:　　δn≥2Di/1000　　且　　δn≥3mm　　相应的约束方程:　　g3(DiL)=δn-2Di/1000≥0　　g4(Di，L)=δn-3≥0　　当　　Di≥3800mm时　　按实际情况确定。　　封头:受压标准椭圆封头的有效厚度δe应力不尛于封头内径Di的%,由此得到约束方程：　　g5(DiL)=δ%Di≥0　　试验压力　　压力试验一般采用液压试验。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步叻解并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平并确保其在这个行业的安全感。