文 献 综 述

1 课题背景

目前，压力容器所采用的标准有两大类，一种是按规则进行设计通常称为”常规设计”，如过去颁布的GB150《钢制压力容器》；另一种是按分析设计通常称为”分析设计”。JB4732就是属于此类标准；本标准提供了以弹性应力分析和塑形失效准则、弹塑性失效准则为基础的设计方法，对选材、制造、检验和验收规定了比GB150更为严格的要求。本标准鱼GB150同时实施，在满足各自要求的条件下，可选用其中之一使用。

JB4732为压力容器专业强制性标准，有全国压力容器标准化技术委员会审查通过，并由劳动部、化工部、机械部与中国石化总公司联合批准，再国家技术监督局备案，全国实施。

从设计准则上讲，本标准与常规设计的GB150标准也有原则的区别。常规设计标准均是以弹性失效准则为基准，认为容器内某最大应力点一旦进入塑性，丧失了纯弹性状态，即为失效。而分心设计标准放弃了传统的弹性失效准则，采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的弹塑性失效与塑性失效准则，允许结构出现可控制的局部塑性区、允许对峰值应力部位作有限寿命设计。合理的放松了对计算应力过严限制，适当的提高了许用应力值（即设计应力强度），但又严格的保证了结构的安全性。本标准采用的具体方法是：弹性应力分析与塑性设计准则相结合，仍采用弹性应力分析的结果，对应力进行分类，借用塑性理论的基本概念与结论进行评定，使容器近于具有等安全裕度。这里的应力是指弹性名义应力，即认为应力应变关系始终服从胡克定律，其计算应力值可能会超过屈服点，但它并非结构中的真实应力，而是弹性名义应力或称虚拟应力。本标准中所采用的塑性理论中的两个主要基本概念与结论是：A、对于静载荷情况，为保证结构的安全性，首先要计算极限载荷，当外载荷小于极限载荷时，结构的塑性变形是局部的、可控制的；当外载荷大于极限载荷时，结构将失去承载能力，产生不可控制的塑性流动而终将导致结构发生破坏。B、对于交变载荷的情况，要计算结构的安定载荷，当外载荷控制在安定载荷以下时，结构除了在初始几次加载循环中产生少量的塑性变形外，在以后的加载过程中将始终保持弹性行为，不再出现塑性变形的积累，此时可以认为寿命无限，结构不会破坏^[1]。

2钢制压力容器分析设计中应力的分类及比较

压力容器是现代化生产和人民生活中应用极为广泛的特种设备, 它广泛应用在工业、民用、军事等多个部门和科学研究的许多领域, 并起着非常重要的作用。压力容器属于国家安全监察的特种设备, 在设计、制造、安装、使用、检验过程中都必须遵守相应的法规要求。

目前钢制压力容器的设计方法有常规设计和按应力分析设计两种方法。常规设计法是以薄膜应力为基础, 以弹性失效为准则, 按规则设计, 依据第一强度理论, 限定最大薄膜应力强度不超过规定许用应力值, 对于边缘应力及峰值应力等局部应力一般不作定量计算, 相应的设计标准为GB150《钢制压力容器》。随着技术进步, 压力容器的使用条件越来越严峻, 原GB150的常规设计标准已不能完全适应, 因而制定了新的标准:JB4732 -95《钢制压力容器#8212;#8212;#8212;分析设计标准》。该标准依据第三强度论, 采用分析设计法, 对容器的各种应力进行精确计算和分类。对不同性质的应力, 依据它们对容器安全危害性的大小, 应用安定性和极限分析法概念, 分别建立不同的强度条件予以限制;同时还考虑了循环载荷下的疲劳分析, 在设计上更合理。但该标准并不是对GB150 设计标准的否定。目前两个标准同时实施, 由用户根据容器的使用条件、使用目的等自行选择^[2]。

　2. 1　弹性补偿法( ECM) ^{[3] [4]}

弹性补偿法又名为减少模量法( ReducedModulus Method#8212;#8212; RMM) , 即高应力单元的弹性模量被减小, 低应力单元的弹性模量被增加。它首先被作为一种工具用于管道系统的应力分类, 然后再被延伸应用到压力容器中。在RMM中, 弹性有限元计算的应力是通过将一个结构的模拟非弹性响应与具有一次和二次特征的理想模型进行比较而被分为一次和二次应力分量。在压力容器的应用中, 材料的无伸缩性在一个迭代有限元分析程序中被模拟, 它通过系统地减小承受最高载荷单元的弹性模量从而使应力发生重新分布。同时也注意到, 如果在RMM中所计算的最大应力能满足屈服极限,则应力场也就满足下界极限载荷理论,施加的载荷也就是容器或部件中的极限载荷的下界。再根据Tresca设计屈服准则, 一次应力p完全满足下界极限载荷理论。二次应力q具有自限性, 局部屈服和小量变形可以引起应力的重新分布, 单加一种这样的载荷不会引起结构的失效。因此, 如果一次应力加上二次应力的值太大, 需要保持安定性的残余应力在结构中就不可能生成, 连同考虑一次应力的二次应力最大许可值也就被确定与结构的安定性有关。在不考虑峰值应力的情况下, 弹性计算应力场就等于一次应力和二次应力之和。