分析压力容器应力分析设计方法的进展和评述

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压力容器是储存液气、气体等的密闭设备，承载-定的压力，这对其安全性提出了很高的要求，因此，应力分析及合理先进的设计方法必不可少。目前，为了在确保压力容器在使用过程中安全可靠的前提下，达到易于制造、结构合理、设计先进、使用可靠以及造价经济等 目标，我国根据压力容器的具体情况，出台了相关的标准、规范以及技术条件等，并不断改进其设计方法，使压力容器的设计、制造、检验以及使用等都有据可循，大大加速了其发展的进程。

1应力载荷分析载荷，是指能够在压力容器上产生应力、应变的因素，例如，压力、地震载荷、风载荷等等。而在压力容器全寿命周期内主要遇到的载荷有以下几种：压力载荷、交变载荷以及非压力载荷等。

另外，在压力容器承受的载荷中，压力是最基本的载荷，分为内压和外压，主要有绝对压力和表压。绝对压力是指以绝对真空为基准测得的压力，通常用于过程工艺的计算；而表压则是指以大气压为基准测得的压力，在压力容器机械设计中，-般都会采用表压。

1.1压力载荷压力容器中的压力，主要是液体或气体的静压力，其来源主要有以下几个方面：(1)流体经泵或是压缩机，通过与容器相连接的管道，输入容器内而产生压力，例如氨合成塔、尿素储罐等等。

(2)储存液化气体的容器，例如液氨储罐、液化天然气储罐等等，其压力是液体的饱和蒸汽压。

(3)加热储存液体的密闭容器，液体膨胀或是汽化之后，使得容器内的压力升高，例如人造水晶釜等等。

12 非压力载荷非压力载荷有整体载荷和局部载荷之分。整体载荷是指作用于整台容器上的载荷，例如，重力、地震、运输、风等引起的载荷。局部载荷是指作用于容器局部区域上的载荷，例如支座反力、管系载荷、吊装力等等。

非压力载荷还可以细分为以下几种：(1)重力载荷，即由容器及其内件、物料或是附件等的重量引起的载荷。在其计算的时候，除了考虑容器 自身的重量以外，还应当根据不同的工况考虑管系、平台、内件、物料、隔热层、附属设备等等的重量。

(2)风载荷，即作用在容器以及其附件迎风面上的有效风压来计算的载荷。它是由于高度湍流的空气扫过地表的时候，形成的不稳定的流动而引起的。在其作用下，可能会引起容器变形，产生应力，除此之外，还会使容器产生顺风向的震动或垂直于风向的诱导震动。

(3)地震载荷，即作用在容器上的地震力，它是由于支撑容器的地面突然震动以及容器对震动的反应而引起的。在计算该载荷时，通常采用地震影响系数。

(4)运输载荷，即运输过程中，由于不同方向的加速度而引起的力，使得容器承受不同方向上的加速度。

(5)波动载荷，即在固定位置上的容器，由于波浪运动而产生的加速度。其表示方法与运输载荷-样，由于晃动载荷是交变的，因此，要考虑疲劳的要求，作为设计时的参考依据。

(6)管系载荷，即管系作用在容器接管上的载荷。容器与管系连接的时候，管路以及管内物料的重量，管系的热膨胀等等-系列因素，使得接撞圉困2013年 8月管处产生管系载荷。

1.3交变载荷交变载荷是指其大型方向随着时间变化而变化的载荷。例如由往复式压缩机引起的压力波动、容器零件之间的温度差变化、液体波动引起的荷载变化等等。

2压力容器应力分析的主要设计方法及其进展压力容器的安全性至关重要，而由于其承受着不同的载荷，因此，压力容器应力分析的设计方法起着关键作用。压力容器应力分析的主要设计方法有规则设计以及分析设计。

2.1规则设计规则设计的设计准则是弹性失效准则，即：容器只有完全处于弹性状态的时候，才是安全的，如果结构内某点计算的最大应力进入塑性范围，即达到或是超过材料的屈服极限，就看做整个容器失效。其设计依据是静载构件以及平均应力。

规则设计这-设计方法存在着-定的局限性，主要有以下几个方面：(1)弹性失效并不代表容器的承载能力已经耗尽，不同性质的应力，采用同-应力评定依据，存在着不合理因素，这对设计大型复杂机构来说，既不经济也不实用，而有效利用机构的塑性行为，已经被证明是可行的。

(2)由于不考虑可变载荷对容器各个部位引起不同的应力以及变形，因此无法进行疲劳分析和预计寿命，故不能推测失效起源于何处。

(3)选认高的安全系数，实则掩盖了失效的实质，造成材料消耗和制造成本的增加，而对安全性则适得其反了。

2.2 分析设计其设计准则有两条，如下：(1)塑性失效准则，即只有当结构沿厚度方向全部屈服的时候，结构才会失效。

(2)疲劳失效准则，即-定循环应力作用下的构建，只有其循环次数超过允许的最大循环次数的时候，才会发生疲劳破坏。

分析设计的设计方法有着较为明显的先进性，主要可以从以下几个方面来看：(1)该方法应用了电子计算机技术以及实验测试技术，对于复杂结构的压力容器整体，包括任何不连续的区域，都可以作出详细的弹性应力分析以及计算。

(2)该方法采用虚拟应力概念，更方便呃对高应变区域作出弹性分析。

(3)该方法按照不同性质的应力分类以及失效形式给予不同的限制条件，机械应力以极限载荷为界限，不连续应力或是热应力以安定载荷为界限，当反复受载需作疲劳分析时，以疲劳试验应力幅为界限。

(4)该方法充分考虑了超出弹性范围以后结构的塑性行为，改变传统的弹性失效准则，引入了安定分析以及极限分析的概念，采用了塑性失效的设计准则，提高了设计实效。

23规则设计与分析设计的比较(1)规范名称方面，规则设计为GB150-t998《钢制压力容器》；而分析设计为JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》。

(2)规范历史方面，规则设计规范的第-版 出版年代为 1989年；而煤矿机电事故分析及预防措施周 虎 肖正儒 郭光文(江西省天河煤矿 江西 吉安 343115)摘 要：随着煤矿工业机械化水平的不断提高，煤矿机电事故的发生率也在上升，煤矿机电事故主要是指采掘机械在工作过程中造成了人身伤害事故，煤矿机电事故已经成为制约煤矿企业发展的重要因素，所以企业要加强对煤矿机电管理，减少煤矿机电事故的发生。

关键词 ：煤矿机电；事故；预防措施中图分类号 ：TD77 文献标识码 ：B 文章编号：1004-7344(2013)15-0279-02随着煤矿行业的不断发展，所使用的方法手段也越来越先进，煤矿机电系统中的设施、人员以及管理手段等对煤矿企业生产有着严重的影响，所以煤矿企业要加强管理，保证煤矿机电安全，本文主要研究了煤矿机电事故发生的原因以及相应的解决措施。

1煤矿机电事故发生的特点煤矿机电事故不同于其他事故，其主要有以下几个特点：①事故的发生多为零星、单个的，由于事故发生具有这些特点，所涉及的范围较广，管理起来比较困难，常常会被认为是不可避免的，因而没有引起足够的重视。②事故发生的重复率较高，虽然机电事故的发生比较零散，且涉及的范围较广，但是也是有规律可循的，也是可以预防的。③煤矿机电事故中工伤事故所占的比重较高，机电设备故障也是-个重要方面，这主要说明了在对机电设备故障进行维修时没有制定出合理的安全技术措施。④煤矿机电事故的发生比重占煤矿事故发生的比率呈上升趋势，这说明了煤矿机电事故是影响煤矿企业安全发展的重要因素，所以，煤矿企业要加强对机电设备的管理。

2 煤矿机电事故发生的原因2.1设备落后。方法简单目前，我国煤矿企业的通病是只重视回报而忽视了投入，很多煤矿企业只重视煤矿开采所带来的经济效益，却忽视了对机电设备的投入，认为只要有技术就行，对设备的维修与管理只会造成不必要的浪费。这样就导致了煤矿机电设备的质量没有达到国家的相关标准，煤矿开采过程中没有安全保障，设备也相对比较落后，甚至有的设备在超出使用寿命的情况下还在继续使用，这样会给煤矿企业的安全生产买下很大的安全隐患。对于-些国家明令禁止使用的设备，-些煤矿企业还在使用，这样就不能有效解决安全生产问题。另外，供电设备没有采取有效地措施来实现接地保护、短路保护以及漏电保护。没有完善的安全管理监控体系，企业领导没有对可能引起机电事故发生的苗头引起足够的重视，也没有采取正确的预防措施。这些机电设备存在的问题以及落后的方法手段都是造成煤矿机电事故发生的主要原因。机电设备的老化，不能及时进行更新是发生机电事故的重要原因，煤矿企业要高度重视，加大对机电设备的投入。

2.2缺乏高素质的专业人才虽然很多煤矿机电企业设立了机电安全培训体系，但是却没有专业的人员来进行教授，虽然在职工中普及了安全教育课程，也投入 了较大的经费，但在实际工作中却收效甚微。由于煤矿企业具有脏、累、险的特点，很多专业人员不愿意进入工作，这就导致了煤矿企业人才的匮乏，专业技术人员的数量更是少之又少。再加上煤矿企业内部人员较为频繁的变动，使得总体的生产操作能力得不到提高，员工对机电设备缺乏认识，整体素质不高，这就造成了煤矿机电事故有较高的发生率。

2-3管理人员的管理手段相对落后虽然很多煤矿企业成立了安全管理小组，有专门人员进行安全管理，由于这些人员文化程度不高，专业技术不达标，没有对设备安全管理法则进行系统的学习，只是凭借着 自身的经验工作，对机电安全的有关事宜没有进行科学合理的管理，虽然每年煤炭专业的毕业生有很多，但是真正从事煤炭行业的人员却较少，煤矿企业对人才的需求供不应求。

企业管理人员缺乏专业性的教育，也会导致煤矿机电事故的发生。

2.4管理制度不健全，缺乏有效的执行机构根据我国最新颁布的煤矿质量检测标准的要求，每个煤矿的矿井至少要建立 l7种机电管理制度，但是很多煤矿企业并没有真正落实到这- 点，没有建立起有效的管理制度，也没有完善的规章制度，虽然有的企◆ ◆ 川f◆l◆lIl◆ II◆ ◆ 川◆川I1◆l◆ ◆ ◆ ll◆川◆l◆ 1 1◆◆1II◆ I◆ 川◆l 41l◆ I◆川◆ ◆川◆l◆ II◆川14"1◆II◆ ◆川 ◆lll◆◆I◆ IIl◆i◆ ◆川j◆l◆iI◆ ◆ Il◆ ◆ ◆川 ◆分析设计为 1994年。

(3)设计压力方面，规则设计的最高设计压力为35MPm而分析设计为 100MPa。

(4)设计温度方面，规则设计中，要求的是材料的许用温度，可高于材料蠕变温度；而分析设计中，需要在材料的蠕变温度以下。

(5)采用强度理论：疗面，规则设计中，采用的是最大主应力理论；而分析设计中，采用的是最大切应力理论。

(6)应力分类方面，规则设计，中不分类；而分析设计中，要按照应力性质进行分类。

(7)应力分析方法方面，规则设计中主要采用材料力学、板壳力学等；而分析设计中，主要采用弹性有限元法、弹性理论和板桥理论解析法、试验应力测试法等。

(8)计算复杂性方面，规则设计中，通常以膜应力为基雌算，较为简单；而分析设计中，各种应力均需要全面计算，比较复杂。

(9)对热应力的考虑方面，规则设计中，通常与机械应力迭加；而分析设计中，将热应力作为二次应力。

(1O)应力评定判据，规则设计中，采取相同的判据；而分析设计中，按照应力不同分类，采取不同判据。

综合来看，分析设计的基本安全系数要优于规则设计，分析设计对材料的控制也比规则设计有着更为严格的要求，且在大型复杂的压力容器中，分析设计方法更为经济实用。

3结束语随着科学技术的发展，对压力容器的设计方法提出了更高的要求，不同的设计方法，对容器不同的失效形式有着不同的作用，因此，设计方法的选择至关重要。同时，不同的设计方法的改进与发展，都大大提高了压力容器的有效性、安全性等。另外，对压力容器设计方法的有效分析以及对其进展的评述，可以及时发现设计方法中存在的问题，并及时解决问题，推动其之后的发展。