探究压力容器设计方法的进步

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我国对压力容器的设计十分重视，为了使压力容器在保证安全的情况下达到结构合理、便于制造、使用可靠、造价经济、技术先进等目标，先后推出了不同的设计方法，为压力容器的设计及使用提供了保障。

1压力容器设计方法的发展与进步压力容器的设计方法经历了公式设计(DBF，Design by Formulas)，分析设计 (DBA，Design by Analysis)和实验设计 (DBE，Design By Expefi-ment8)这三种最主要的设计方法。

1.1公式设计法公式设计的方法是-种很最基本的方法，它利用物理学等相关领域的各种公式，计算出压力容器在设计过程中的有关数据，从而为其设计、制造、使用等提供依据。

1.2 分析设计分析设计的方法，是以详细的应力分析报告为设计依据，并且以严格的选材以及工艺质量为保障。通常情况下，它的设计时采用以极限载荷、安定载荷以及疲劳寿命为界限的塑性失效”准则和弹塑性失效”准则。

1-3 实验设计实验设计的方法，是压力容器设计时，设计以及分析有关数据的常用方法，对压力容器的设计、制造、使用时所涉及的数据进行分析，可以从实验数据中获溶多有关信息。

实际上，上述三种方法都是行之有效的方法，在其相继发展进步中，都有着独特的优势。而实践证明，压力容器设计方法最进步的表现，则是成功的将几种压力容器设计方法进行组合。例如，ASMEⅧ-1是公式设计和实验设计的组合，ASMEⅧ-2是公式设计和分析设计的组合。

实践证明，对于几何形状比较正规，或是应力分布状态比较清楚的物料、零件(例如：回转壳体)来说，公式设计永远是首屈-指的选择。该设计方法不仅简单易行，而且可以获得唯-解，这也是其的最大的优势。

但是，不可忽略的是，公式设计的方法不能用于所有几何形状的零件。例如，ASMEⅧ-1公式设计的公式是依据最大主应力失效理论建立的，而ASMEⅧ-2的公式则是依据最大剪应力失效理论建立的，二者截然不同 另外，近年来，公式设计方法中所涉及的公式，有从简单趋于精细、复杂的趋向。根据压力容器权威人士达拉斯顿先生的预测，目前的公式设计主要处于手算(压力容器设计软件要以手算加以验证)的状态，而随着技术的进步，以及设计方法本身的进步，公式将呈现精细化的趋势，从而导致手算不能再满足计算需求，因此必须采用计算机计算。

另外，对于几何形状无法用公式精确计算或没有确立的规则可以遵守的时候，则应当采用实验设计方法，例如，在 ASMEⅧ-1中，就可以采用基于屈服和基于爆破的实验进行设计。在ASMEⅧ-2里面，对于几何形状或应力状态复杂且没有相关公式可以利用的零件、物料来说，则必须采用分析设计，除此之外，涉及疲劳的还要进行疲劳评定，例如，在Ⅷ-2第 D-7章中明确指出，圆形平板要按附录4进行完整的应力分析；在第 D-9章中明确规定，对于以双头螺栓连接的连接件要按照附录 4和 5进行详细疲劳分析。

这三种设计方法中，分析设计法师压力容器设计方法发展中-个重要的里程碑，与以往的设计方法相比，有很大的进步性，其基础是应力分类。然而，欧盟标准 EN13445鉴于采用以计算机进行有限元分析的发展，且鉴于应力分类日益突出的困难，因此提出不再采用应力分类，而是根据失效模式采取直接路线(direct mute)分析方法。这是压力容器设计方法法发展中，有-个重要的突破。

2从规则设计方法和分析设计方法中讨论压力容器设计方法的进步目前，压力容器的设计方法通常采用的有两大类别：①规则设计，例如美国的《压力容器建造》以及中国的《钢制压力容器》等：②分析设计，例如美国的《压力容器建造-另-规则》以及中国的《钢制压力容器-分析设计标准》。

2.1规则设计1989年，规则设计规范的第-版出版，规定其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1994年，分析设计规范的第-版出版，规定其设计准则有以下两条：(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，只有其循环次数我们的生产能力，更好的为市场服务。

4 结束语消失模铸造工艺由于其投入设备投资少、占地孝成本低等特点，近几年得到了快速发展。只要对加工细节问题加以重视，就能得到合格的产品。