压力容器常规设计和分析设计的比较开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

压力容器常规设计和分析设计比较开题报告

一压力容器的发展

随着社会的进步，工业的发展，压力容器的发展也在与时俱进,无论什么行业，压力容器都是不可或缺的。小到家用物件，大到工厂制造，都离不开压力容器，所以社会对于压力容器的发展一直在持续，而压力容器的发展越来越先进，新型，节能，高效的设备得到广泛应用，而许多高端的压力容器对于操作与设计都有一定的要求，对于易燃，高温等介质，所以，对于压力容器的设计也要进行一定的发展，经过比较各类设计，制造出最适合的容器。压力容器设计是压力容器发展中必不可少的环节.

压力容器设计是一个创新意识非常活跃的工程领域 ,它紧跟着科学技术的发展而不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟, 20世纪 60年代, 压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的弹性应力分析设计方法。进入 21世纪后, 由于塑性理论和非线性有限元分析方法的日趋成熟, 欧盟标准和 A S M E 规范又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。其中涉及许多新的基本概念和新的分析方法, 需要我们及时学习领会消化吸收,以提高我们的分析设计水平,并结合国情进一步修订我国的压力容器设计规范。

二 研究目的和意义

压力容器是一种特殊的焊接结构，它比较容易发生事故且事故的危害较为严重。随着我国改革开放的深入，压力容器的应用范围不断扩大，数量不断增加。在化工、炼油、医药等行业中，压力容器几乎成为生产中的主要设备。设备的增多，随之而来的安全问题，显得非常突出。近年来，国内已经多次发生压力容器爆炸伤人的恶性事故。因此，保证压力容器生产和使用安全，是从事压力容器生产制造、管理以及压力容器使用人员义不容辞的责任和义务。国内外压力容器发生破坏的事故不少，究其原因，基本上可分为两类性质完全不同的破坏方式：一类是超强度破坏，即容器因晶间腐蚀、均匀腐蚀和高温氧化等原因，导致材料强度削弱或壁厚减薄引起的破坏，以及操作失误，致使压力、温度超过极限值引起的破坏。另一类是裂纹扩展破坏，即在正常使用条件或设计条件下，甚至在水压试验时，由于制造和使用中形成的各种裂纹失稳扩展所引起的破坏。

我国现行的压力容器规范是以弹性失效准则为基础制定的,采用的是第一强度理论,设计计算公式主要以材料力学和板壳理论为基础。其特点是比较简便易行,但考虑问题不够全面, 也缺乏针对性 。为了容器的安全运行 ,一般都采用较高的安全系数，以保证压力容器的运行安全。在很长一段时间内，这一设计方法对压力容器设计和技术的发展起着积极的推动作用。近年来,压力容器的尺寸愈来愈大, 不仅承受高压 ,有时还伴随高温 ,同时载荷或温度也可能产生波动 。如果仍按常规设计法进行设计 , 用增大容器壁厚的办法将材料控制在弹性范围内 ,显然是不合理的, 也是不现实的。因此, 为了合理使用钢材 ,确保压力容器在复杂苛刻条件下安全运行 , 有必要采用新的设计规点 分析设计方法 。压力容器分析设计以塑性失效为准则, 采用第三强度理论。设计计算采用弹塑性理论和有限元应力分析 ,安全系数比常规设计的小, 选用材料 、制造和检验比常规设计要求高。一般分析设计有两种方法 ,一是直接弹塑性分析法 ,进行极限载荷和安定性分析。二是进行弹性名义应力分析, 对应力分类进行评定 。塑性分析要分步加载迭代计算, 不同结构的载荷步设置不同 , 收敛速度和精度也不同 。采用塑性分析法计算时间长 ,有限元计算规模小 ,只能进行压力容器局部结构的分析 , 对分析计算人员的要求高。对量大面广的压力容器分析设计, 主要采用弹性名义应力分析, 对应力分类进行评定。

三 研究方案及结果

通过阅读国内外文献，了解各种分析方式，学会常规设计与分析设计的方法，区别它们之间的优点，熟练掌握常规设计的国标与分析设计的国标，选用不同的分析方法时，注意要采用不同的标准。对于他们之间的理论方法，进行深一步的学习，熟练运用各种失效准则,使用的钢材类型，热处理和焊接及特殊要求之类的结构。进行研究时，可利用有限元分析方法，塑性分析方法等一系列的方法进行研究。

四 毕业设计（论文）进程安排

指导老师

周剑锋

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

目前，压力容器设计所采用的标准有两大类，一类是常规设计标准，以我国的gb150等为代表，另一类是分析设计标准，以我国jb4732等为代表。通常，在同一国家内两种规范并存，可根据具体条件选取一个，但不能混淆。对比两标准在使用范围，理论方法，材料，计算，设计，制造，检验和试验等方面的差异。对比结果说明，在大多数情况下，分析设计标准比常规设计标准在相同问题上的要求更严格，细致，但也存在例外。所以在选用标准时要注意采用哪一种。他们的使用情况在大多数情况下不同，优先级也不同。所以比较两种分析方式就很有必要。

压力容器分析设计方法通常分为应力分类法和直接法两大类。应力分类法指的是弹性应力分析与塑性设计准则相结合的方法。直接法指的是塑性分析方法,可分为极限载荷分析法和弹-塑性应力分析法。极限载荷分析法和弹-塑性应力分析法的主要区别是前者仅用到了材料的屈服极限, 而后者需要用到包括材料应变硬化效应的实际应力应变曲线 因国内材料标准尚未提供材料的实际应力应变曲线 ,故目前尚无法应用于工程实际。因此 ,极限载荷分析法的模型精度和计算成本位于应力分类法和弹-塑性应力分析法两者之间。分析设计方法中的直接法是压力容器设计人员研究的热点之一, 极限载荷分析亦属其中之一 。

以弹性分析代替塑性分析是一种工程近似方法。实际结构的破坏往往是一个渐进过程, 随着载荷的增加 ,高应力区首先进入屈服 ,载荷继续增加时塑性区不断夸大, 同时出现应力重新分布。当载荷增大到某一值时 ,结构变为几何可变机构,此时即使载荷不再增加, 变形也会无限增大 ,发生总体塑性变形,此时载荷称为极限载荷 。在防止塑性垮塌失效方面,极限载荷分析法相比应力分类法,不仅避免了应力分类的困难 ,而且可以更真实地反映载荷作用下压力容器的失效过程, 对防止塑性垮塌给出了比较精确的评定 。