压力容器设计中分析设计的应用1

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科 技 圈 向导
２１年第 ２ 期 ０２ ｌ
压力容器的常规设计和分析设计
高 峰 ｆ 矿 煤 化 工 程有 限公 司 山东 兖
【 摘
兖州
２２ Ｏ ） ７ １ ０
要】 当前 ， 分析设计 目前 已成为压 力容 器的重要设计方 法。 文首先 阐述 了压力容器分析设计与常规设计的不同。 本 然后 分析设 计中应
形 而破坏 。一次应力又分总体薄膜应力 、 一次弯 曲应力 和局部 薄膜应 力 例如承受内压圆筒 的器壁 中的环 向应力 即为 总体薄膜应力： 平封 头或 顶盖 中央部分在 内压作用下产生 的应力 即为 一次弯曲应力： 壳体 在 固定支座或接管处 由外载荷和力矩产生的应力为局部薄膜应力 ： 二 是二次应力 。 二次应力是 由于容器部件的 自身约束或相邻部件 的约束 而产 生的正应 力或剪应力。它 的基本特点具有 “ 自限性 ” ， 即局部屈服 和小量变形 就会使约束缓 和 、 变形协调 ． 只要不反复加载 ， 二次应力不 会引起容器结构破坏 ： 三是峰值应力 峰值应力是 因局部结构不连续 １常规设计与分析设计 ． 它具有最高 的应力值 它的基本特 过去压力容器及其部件 的设计基本上属于常规设计 ． 我国现在执 或形状 突变 引起 的局部应力集 中。 自限性” 局部性”峰值 应力不会 引起容器 明显 的变形 和“ ， 行 的相应的设计规范是《 钢制压力容器） ｉ Ｓ — ９ １ 常规设计的特 点具有“ ） ｎ ０ （ Ｇ ８。 ３常 规设 计 和 分 析 设 计 比较 ． 点是： 简体及其部件 的应 力不 允许超过弹性范围 内的某一许用 值 如 果达到这一要求 ． 为筒体或部件就是 比较可靠 的 这样做 比较简 即认 常规设计是一种简单易行的传统设计方法． 而分析设计则不 同． 它 单． 以现成 的设 计公 式及 曲线为依 据 ． 多年来 一直按这样 的方 法进行 需要详尽 的应力分析报告为依据 需要近代 的分析计算 工具和实验技 设 计。 然而 ， 这种方法 比较粗糙 ． 许多重要因素都 未考虑进去 。以内压 术为手段， 因而提供 了充分的强度数 据对 新工艺 、 新材料 、 新结构 和新 圆筒为例 ， 常规设计 时只考虑薄膜应力 ， 在 至于 温差应力 、 边缘应力以 工况更具科 学性 和可靠性 分析设计提高 了许用应力． 降低了安全系 及 交变应 力引起 的疲劳等 问题均未考虑 所 以在规范 中 ． 为了保证容 数 ３ 多年来 的实际运行表 明： Ｏ 采用分析设计的容器安全 可靠． 且具有 器 的安全可靠在设 计中就采用 了较高 的安全 系数 。最早 的安 全系数 经济 胜； 与常规设 计相 比， 可节省材料 ２ ％～ ０ 在一定程 度上有效减 ０ ３ ％． ｎ ５ ４ 年代末改为 ｎ ４ 这样做实 际上是企 图以高 的安全系数来包罗 少制造加工量 、 ： ．０ ＝。 降低运输费用 但对 于选 材 、 制造 、 检验和验收规定 了 各 种因素 的影 响． 存在一些 问题 比常规设计更为严格的要求 下面是 常规设计与分析设计的对比 近年来 ， 由于锅 炉、 石油 、 化工 等行 业 的发展 ， 压力容器设计 参数 ① 比较项 目： 设计准则。 常规设计 ： 弹性失效 ： 只允许存在弹性变 提高． 使用条件也越来 越苛刻 ． 如果 单纯依靠提高 安全系数 的办法来 分析设计 ： 弹性失效 ＇ 塑性失效 ； ｊ 单 允许 出现 局部 的、 可控制 的塑性变 保 证强度 ． 导致设计变得不合理 。 会 为了防止这种现象 的发生 ． 我们在 形 （． １ 极限载荷（ 一次加载 ２安定 载荷反复加载） ． 。 结构型式 与材料方 面采取相应措施外 ． 还必须从设计观 点和设 计方法 ② 比较项 目： 载荷 。 常规设计 ： 静载荷 。 分析设计 ： 静载荷 、 交变载 上加以改进和发展 目前世 界上一些先进 的国家都在运用应力分析方 荷 。 法 ． 国也 于 １９ 年颁 布 了ｆ 我 ９５ 钢制压 力容器一一 分析设计 标准） Ｂ ７ （ ４ Ｊ ③ 比较项 目： 分析方法。 常规设计 ： 薄膜理论 、 材料力学方法 、 简化 犯 一 ９ ） 要求把零部件 中的应力较为准确地设计 出来或用应 力测试 公式加经验 系数 。分析设计 ： ５． 弹性或塑性力学分析ｆ 理论方 法、 数值方 法 测定 出来 。其次是引入 了极 限分析与安定性分析 的概念 ， 对求得的 法 、 实验方法）板壳理论 。 、 应力 加以分类和加 以限制 ④ 比较项 目： 应力评定。 常规设计 ： 应力不分类 、 同一 的许用应力 、 分析设计和常规设计 的主要 区别如下： 用第一强度理论 、 基本安全系数较大 。分析设计 ： 力分类 、 应 用应力强 用第 基本安全系数较小。 ①分 析设计 比常规设 计在选材 、 结构 、 设计 、 制造 、 检脸和使 用等 度对各类应力进行评定 、 三强度理论 、 方 面都提 出了较高 的要求和较多的限击峰件。 ⑤ 比较项 目： 材料。 常规要求 。 分析设计 ： 质、 优 延性好 、 性能稳定 ②分析设计考虑容器低循环疲劳失效 。 而常规设计并未包 括疲劳 ⑥ 比较项 目： 制造 、 检验。 常规设计 ： 常规要求。 分析设计 ： 整体 陛、 连续性 、 相贯处光滑过渡 、 全焊透、０ ％ １０ 探伤 。 分 析。 ③分 析设计考虑疲劳分析时要求详细计算温差应力 ． 而常规设计 分析设计方法虽然合 理而先进－ 却需要进行大量 复杂的分析计 ｆ 旦 除个 别元件外一般无此要求 算． 需要计算机 才能完成， 因而提高 了设计 费用 和时间， 以。 所 只有当设 ④ 分析设计采用最 大剪应 力理论 ． 而常规设计 ． 最大主应 力 计高参数 、 采用 重要的容器时才 采用这种方法 。但有些容器必须采用分析 理论 。 设计而无其 它选 择 对 一般的常规容器． 长期的实践证 明采用传 统的 ⑤ 分析设计原则上要 求对容器元 件各个部位 的应力进行详 细计 常规设计方法完全可以满足容器 的安全性。 如采用 分析设 计方法． 虽然 算 ． 根据各种应力对 元件失效所起不 同的作用予 以分类 ． 并 然后对 不 节省部分钢材， 却提高了设计 、 制造 费用， 实际上是不合算的。 因而美国 同类别 的应力采用不同的应力校核条件加以限制。 而常规设甘一般不 Ａ Ｍ Ｓ Ｅ规范 同时规定 了上述两种设计准则 ’ 我国也颁 布了 Ｇ １０ １９ Ｂ５— ９８ 计算 某些 局部应力 ． 针对具体结构 引人 不 同的结构 系数 ． 仅 也不对应 《 钢制压 力容器》 Ｊ ４ ３ — ５ 钢制压力容 器—— 分析设计标准 》 和 Ｂ ７２９ 《 ， 根 力进行分类 。 据不 同情况进行不同选择 分析设计是一个整体。 计准则的不 同． 设 要 求与之配套 的一 系列规 范和措 施也不同， 包括材料选用 、 制造工艺 、 检 ２分 析 设计 中应 力分 类 及 其 应 用 ． 分析设 计涉 及了各种可能失效模式 中一些 主要 的失效模式 ， 计 验要求 、 程序 、 制造资格 等方面 ； 常规设计 方法 简单易行， 设 计算 设计 而 具 但 根据 所考虑 的失效模 式 比较详 细地 计算 了容器及受 压元件 的各 种应 有丰 富的使用经 验， 有时却无法解释压力容器 出现 的一些事 故 所 设计者应 根据实践 经验， 经济 通过 力 ． 根据各种应力本身 的性质及对失效模 式所起的不同作用予 以分 以 常规设 计和分析设 计不能混用 ， 并

劳分 析。 （ ３ ） 分析设计考 虑疲 劳分析 时要求详细计算 温差应力 ， 而常规设 计 除个别元 件外 一般无 此要求
弹性失效． 弹塑性失效 设计准则
弹性析设计
应力 ； 平封头或顶盖 中央部分在 内压作 用下产生的应力 即为一次 弯曲 应力 ； 壳体 在 固定支座或接管处 由外 载荷 和力 矩产生的应力为局部 薄 膜应力 。 ２ ． ２二次应力
过去压力容器及其部件 的设计基本上属于常规设计 ． 我 国现在执 二次应力 是 由于容器 部件的 自 身 约束或相邻部件 的约束而产 生 自限性 ” ， 即局部屈服和小量 行 的相应 的设计规范是《 钢制压力容￣） （ ｃ ｍ５ ｏ 一 ９ ８ ） 。 常规设计的特点 的正应力或剪 应力 。它的基本特点具有 “ 变形协调 ， 只要不反 复加 载， 二次应力 不会引起 是： 筒体及其部 件的应力不允许超过 弹性 范围内的某一许用值 。如 果 变形就会使约束缓 和 、 达到这一要求 。 即认为筒体或部件就是 比较可靠的。 这样做比较 简单 ， 容器结构破坏 ２ ． ３峰值应力 以现成 的设计 公式及 曲线 为依据 ．多年来 一直按这样 的方法进行设 峰值应力是因局部结构不连续 或形 状突变引起的局部应力 集中． 计。 然而 。 这种方法 比较粗糙 ， 许多重要 因素都未考虑进去 。 以内压 圆 自限性” 和“ 局部性 ” ， 峰值 筒为例 ． 在常规设 计时只考虑薄膜应力 ， 至 于温差应 力 、 边缘应力 以及 它具有最高的应力值 。它 的基本 特点具 有“ 交 变应 力引起 的疲劳等问题 均未考虑 。所 以在规 范中 ． 为了保证容器 应力不会 引起容器 明显 的变形 的安全 可靠在设计 中就采用 了较高的安全系数 最早 的安全 系数 ｎ ＝ ３ ． 常规设计和分析设计 比较 ５ ． ４ ０ 年代末改 为 ｎ ＝ ４ 。 这样做实 际上是企 图以高 的安全系数来包罗各 常规设计是一种简单易行 的传统设计方法， 而分析设计则不 同。 它 种 因素 的影 响 ， 存在一些 问题 。 需要详尽 的应力分析报告为依据． 需要 近代 的分析计 算工具和实验技 近 年来 。 由于锅 炉、 石油 、 化工 等行业 的发 展 ， 压力容器设 计参数 术 为手段， 因而提供 了充 分 的强度数 据， 对 新工艺 、 新 材料 、 新 结构 和 提高． 使用条件也越来越 苛刻 ． 如果 单纯依靠提 高安全系数 的办法来 新 工况更具科学性 和可靠性 。 分析设计 提高 了许用应力 ， 降低 了安 全 保证强度 ． 会 导致设计变得不合理 。 为 了防止这种现象的发生 ， 我们在 系数。３ Ｏ 多年来 的实际运行表 明： 采用分 析设计 的容器安全 可靠， 且 结构型式 与材料方面采取相应措施外 ． 还必须从设计观 点和设计方法 具 有经济 性； 与常规设 计相 比， 可 节省材 料 ２ ０ ％～ ３ ０ ％， 在 一定程 度上 上加 以改进和发展 。 目 前世界上一些先进 的国家都在运用应力分析方 有 效减少制 造加工量 、 降低运 输费用 。但 对于选 材 、 制造 、 检 验和验 法． 我 国也于 １ ９ ９ ５ 年 颁布 了ｆ 钢 制压力容 器一一分 析设计标 准） ０ Ｂ ４ ７ 收规定 了 比常规设计 更为严格 的要 求 常规设计与分析设计 的对 比． 犯一 ９ ５ ） ． 要求把零部件 中的应力较 为准确地设计 出来或用应力 测试 法 见表 １ 测定出来 。其次是引入 了极限分析与安定性分析的概念 ． 对求 得的应 表１ 常规设计与分析设计 力加以分类和加 以限制 比较项 目 常规设计 分析设计 分析设计和常规设计的主要区别如下： （ １ ） 分析设计 比常规设计在选 材、 结构、 设计 、 制造 、 检脸和使用等 方 面都提出了较高的要求和较多的限击 峰件 （ ２ ） 分析设计考 虑容器低循环 疲劳失效 ， 而常规设计并 未包括疲

低温压力容器的设计分析低温压力容器是指在低于零度的环境中工作的容器，通常用于存储和运输液态气体，液氮、液氧、液氩等均为常见的低温液体。

由于低温环境下物质的特性会发生变化，因此低温压力容器的设计必须考虑到这些因素，以确保容器在安全可靠地工作。

本文将对低温压力容器的设计要点和分析进行探讨。

一、设计要点1.材料选用2.结构设计3.绝热设计由于低温液体的蒸发潜热较高，容器内的温度会迅速下降，导致容器表面结霜。

为了减少热量的散失，提高容器的绝热性能是必要的。

可以采取增加绝热层厚度、使用保温材料等措施来提高容器的绝热性能。

4.安全阀设计低温液体具有较大的蒸气压，一旦容器内压力过高，就会导致容器爆炸。

因此，在设计中必须考虑安全阀的设置，确保在容器内压力超过设定值时能够及时安全地排放压力。

5.排水设计由于低温液体的存在，容器内部会有凝露水和结冰现象。

这些水汽会降低容器的强度和耐腐蚀性，因此必须设计合理的排水系统，定期排除容器内的凝露水和结冰。

6.储罐涂层为了保护容器免受腐蚀和低温影响，可以在容器表面涂上特殊的防腐涂层。

这些涂层能够增强容器的抗腐蚀性能，延长容器的使用寿命。

二、设计分析针对低温压力容器的设计，需要进行结构分析和性能测试，以验证容器的强度和安全性。

1.结构分析在设计初期，需要进行有限元分析等结构分析，评估容器的受力和变形情况。

通过模拟不同工况下的受力情况，确定容器的最大受力位置和最大应力值，以确保容器在工作过程中不会发生结构破坏。

2.强度测试设计完成后，需要进行强度测试，验证容器的最大承载能力是否符合设计要求。

常见的测试方法包括液压试验、氢氦试验、抗冲击测试等。

通过这些测试，可以验证容器的强度和安全性，确保容器在工作中不会发生泄漏或爆炸等情况。

3.低温性能测试设计完成后，还需要进行低温性能测试，评估容器在低温环境下的工作性能。

通过模拟低温环境下的工作情况，测试容器在不同温度下的性能表现，验证容器的低温抗裂性能和绝热性能。

压力容器设计与强度分析研究随着现代工业的不断发展，压力容器作为一种重要的设备，在许多工业领域发挥着重要的作用。

压力容器是指用于封装气体或液体的设备，其内部压力高于大气压力。

压力容器主要应用于石油化工、能源、化工、航空航天等领域。

首先，压力容器的设计至关重要。

在整个设计过程中，需要考虑许多因素，例如容器的尺寸、形状、承载能力等。

设计师需要根据使用环境和工作条件来选择合适的材料和结构。

此外，还需要遵循一系列国际标准和规范，确保容器的设计在实际运行中具有良好的可靠性和安全性。

在压力容器的设计中，其中一个重要的方面是强度分析。

强度分析是指对容器的主要应力和变形进行计算和评估。

通过强度分析可以确保容器在承受内外部压力的同时保持结构的稳定和完整性。

在进行强度分析时，需要考虑多种因素。

首先是容器的载荷计算，即确定所需承载力的大小。

载荷计算需要考虑到容器内外的压力、温度、材料特性以及各种工况下的加载情况，以确保设计的安全性和可靠性。

其次是材料的强度特性，包括材料的屈服强度、抗拉强度和断裂韧性等。

通过对材料的强度特性进行分析和测试，可以更好地选择适合的材料，对容器进行设计和优化。

最后还需要考虑到容器的边界条件和约束条件，以及在容器使用过程中可能产生的各种外力和环境因素。

在进行强度分析时，可以利用各种计算方法和工程软件。

常用的方法包括有限元分析、应力强度法和层板理论等。

有限元分析是一种广泛应用的计算方法，它可以将复杂的结构分割成许多小的有限元进行分析，通过求解各个有限元的应力和变形，最终得出整个结构的应力分布和变形情况。

应力强度法是一种基于结构应力的分析方法，通过计算结构的应力强度因子，来评估结构的抗裂性能。

层板理论是一种应用于薄壁结构的计算方法，通过分析结构的层板应力和变形，来评估结构的强度和稳定性。

除了设计和强度分析之外，还需要对压力容器进行一系列的检验和测试。

这些检验和测试包括可视检验、射线检验、超声波检验、涡流检验等。

(3) 部位C
内压在球壳与接管中产生的应力 (PL+Q)； 球壳与接管总体不连续效应产生的应 力(PL+Q)； 径向温差产生的温差应力(Q+F)； 因小圆角(局部不连续)应力集中产生 的峰值应力(F)。 总计应为(PL+Q十F)。 由于部位C未涉及管端的外加弯矩， 未涉及管端的外加弯矩 管子横截面中的一次弯曲应力Pb便不
一次应力 薄膜应力 一次总体薄 膜应力 (Pm)
一次总体薄膜应力是在容器 总体范围内存在的薄膜应力， 在容器筒体或封头在整体范 围内发生屈服后，应力不重 新分配 一次总体薄膜应力 新分配。 次总体薄膜应力 的一个实例 为承受内压的圆 柱形筒体。
一次弯曲应力(Pb) 一次局部薄膜 应力 (PL)
由内压或其他机械载荷 在结构不连续区产生的 薄膜应力和结构不连续 效应产生的薄膜应力。 一次局部薄膜应力的例 次局部薄膜应力的例 子有：在容器的支座或 接管处由外部的力或力 矩引起的薄膜应力. 由内压或其他机械 载荷作用而产生的 沿壁厚线性分布的 法向应力。典型实 例是平封头中部在 压力作用下产生的 弯曲应力.
7.2
压力容器的分析设计
压力容器的设计
常规设计
分析设计
GB150《 钢 制 压 力 容器》
JB4732 《钢制压力容器 ——分析设计标准》
一、概述 常规设计的局限性: （1）载荷性质
载荷 静载荷 交变载荷 常规设计 √ × 分析设计 √ √
（2）应力计算
应力计算 计算方法 研究的对象 常规设计 简单的公式计算 壳体 分析设计 解析法,数值法, 实验法 设备上的所有点
(1) 弹性失效设计准则 （韧性材料） ——将容器总体部位的初始屈服视为失效。 (2) 塑性失效设计准则 ——整个危险面屈服，极限设计。 (3) 爆破失效设计准则

Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｅｌｓ ｉ ｓ ｒ ｓ ｎ ｌ ｓｓａ ｄ ｓ ｒ ｏ ｔ ｄ ｉ ｌ ｓ ｉ ｐ ｅ ｓ ｒ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｔｃ ｔｅ ｓａ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓｃ ａ ｓｆ ｔ ｔ ｏ ｒ ｄ ｐ ｅ ｎ ｃａ ｓｃ ｒ ｓ ｕ ｅ ｃ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ｉ ｔｌ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｎ ｌ ｔ ａ ｅ ｉ ｎ；ｆｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ ；ｌ ｍｉ ｏ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ；ａ ａｙ ｉ ｌ ｓ ｇ ｃ ｄ ｉ ｉｅ ｅ ｅ ｎ
２ ０世 纪 ６ Ｏ年 代 以来 ， 力 容 器设 计 思想 已 由 压 传 统 的防止 材料 发生 弹性 失效 发展成 为 针对不 同失 效 形式 的多种设 计 准 则 ， 形成 了 常规 设 计 和分 析 并
因 国 内材 料 标 准 尚 未提 供 材 料 的 实 际 应 力 应 变 曲 线 ， 目前 尚无 法应 用 于工程 实 际 。因此 ， 限载 荷 故 极
分析 法 的模 型 精 度 和计 算 成 本 位 于 应 力 分 类 法 和
弹一 塑性 应力 分析 法两者 之 间 。 过去 一 段 相 当长 的 时 间 内 ， 内压力 容 器 分 析 国 设 计 通常采 用应 力分 类 法 ， 即通过路 径 分析 ， 力 线 应 性 化处 理获 得路 径 上 的 一 次应 力 和 二 次应 力 ， 而 进 进 行强 度评 定 。此方 法存 在 以下 问 题 ： 对 大 多数 ① 情 况是 安全 可靠 的 ， 是 对 某些 结 果 可 能 会 出 现安 但 全 裕度 不足 的情 况 （ 如球 壳开 大孔 ） 。② 对有 限元 法 求 解获 得 的 总 应 力 进 行 分 解 并 正 确 分 类 遇 到 了 困 难 。假 如把 一次应 力 误 判 为 二 次 应 力 ， 则设 计 的结

CAD软件在压力容器设计中的实用技巧与案例分析CAD软件是一种非常实用的工具，可以帮助工程师在设计压力容器时提高效率。

本文主要介绍CAD软件在压力容器设计方面的实用技巧，并通过一些案例分析来进一步说明。

首先，CAD软件可以帮助工程师快速准确地绘制压力容器的三维模型。

在使用CAD软件进行建模时，可以利用软件提供的各种工具和功能来创建各种形状和尺寸的压力容器。

例如，可以使用软件提供的绘图工具来绘制容器的外形，然后利用拉伸、旋转等功能将其转化为三维模型。

通过CAD软件的引导和辅助，可以快速绘制出精确的压力容器模型。

其次，CAD软件还可以帮助工程师进行强度校核与分析。

在设计压力容器时，必须考虑容器的强度和刚度等因素，以确保容器能够承受内外部的压力和载荷。

CAD软件可以通过提供应力分析和变形分析等功能，帮助工程师评估容器的强度和刚度。

例如，可以利用软件的有限元分析功能，对容器的各个部位进行应力和变形分析，以确定其是否满足设计要求。

这样可以避免在实际使用中出现容器失效或损坏的情况。

此外，CAD软件还具备优化设计的能力。

在使用CAD软件进行压力容器设计时，可以进行不同参数的模拟和优化，以找到最佳的设计方案。

例如，可以通过改变容器的尺寸、形状和材料等参数，利用软件提供的优化算法，找到最符合设计要求和性能要求的设计方案。

这样可以提高容器的效率和性能，减少材料的浪费，降低成本。

下面，我们通过一些案例来进一步说明CAD软件在压力容器设计中的实用技巧。

案例1：某公司需要设计一台用于储存高压气体的压力容器。

设计要求容器的尺寸小、重量轻，但又要满足一定的强度和刚度要求。

通过利用CAD软件进行建模和优化设计，工程师可以快速尝试不同的设计方案，找到最优的设计方案。

最终，他们成功设计出一台尺寸小巧、重量轻的压力容器，满足了设计要求。

案例2：某厂需要设计一种用于储存腐蚀性介质的压力容器。

由于介质的特殊性，对容器的材料要求极高。

通过利用CAD软件进行材料选择和强度校核，工程师成功地找到了一种满足要求的特殊材料，并进行了相应的应力分析。

压力容器结构设计要点分析及解读压力容器属于特种设备，为保障压力容器的安全使用，预防和减少事故，保护人民生命和财产安全，促进社会经济发展，压力容器结构设计工作十分重要。

由于压力容器的工作介质具有复杂多样性，操作压力、操作温度随不同的工艺单元更是不同，随着现在生产技术的飞速升级，高温、高压、低温、深冷各种工况频出，因此在结构设计中必须要注重安全性问题，需要设计者掌握压力容器结构设计要点，不断提高设计质量。

基于此，本文重点对压力容器结构设计要点进行分析。

标签：压力容器;结构设计;要点;分析0 引言压力容器设计中，合理的结构设计是设计工作的重中之重，必须要确保结构的设计质量，由于现有压力多在高温、高压、低温、疲劳及腐蚀介质等各种苛刻工况下工作，安全使用寿命要长达20年甚至更久，国家也加强了对压力容器各环节的管理特别是结构设计的管理工作，使得压力容器在制造、安装、使用、维修中的质量得到了保证。

现如今，压力容器结构设计也在逐渐摆脱传统思想的束缚，彰显了现代化工艺设计理念，以安全性、时效性、经济性和谐统一为基础，全面加强压力容器结构设计的合理性。

1 压力容器结构设计要求压力容器，特别是化工压力容器，其内部结构带有装配内件，设计工作十分繁琐、复杂，如果压力内部结构设计不当就会直接影响压力容器的性能，甚至会造成安全隐患，对设备及工艺单元的安全正常运行会造成极大的影响。

这就需要结合压力容器的具体使用条件：使用介质、工作压力、工作温度、连接管口、工作环境等，根据现行有效的压力容器的设计法规、标准进行系统风险评估后方可始设计工作，这样才能够充分考虑潜在的风险因素，在设计的过程予以规避，保障设计质量，满足日益苛刻的使用要求，使得压力容器在设计使用寿命期间，设备能够安全可靠的运行。

2 压力容器结构设計要点分析2.1 主体结构设计在进行压力容器的主体设计时，要根据设备使用条件，按规则设计或应力分析设计的方法，对设备进行综合风险评估，确定合理的设备长径比及焊接结构。

压力容器结构特性分析与设计1. 引言压力容器作为一种用于储存或输送物质的设备，广泛应用于工业生产和民用领域。

设计和使用压力容器需要考虑其结构特性，确保其能够安全可靠地承受内外压力。

本文将对压力容器结构的特性进行分析与设计。

2. 压力容器结构特性压力容器的结构特性主要包括强度、刚度和稳定性。

在设计中，强度是最基本的要求，即容器在最大工作压力下不发生塑性变形或破坏。

刚度则确保容器在内外压力作用下不会产生过大的变形，从而保证其功能的正常发挥。

稳定性考虑容器在受到外力或其他扰动时的抗倾覆和抗滚动能力。

3. 强度分析与设计压力容器的强度分析与设计主要考虑容器壁的应力分布和薄弱点的强化。

采用有限元分析等方法可以得到应力分布情况，进而对壁厚进行选择和优化。

例如，对于圆筒形容器，应力最大的地方一般位于筒体与头部的交界处，因此可以适当增加这一区域的壁厚以提高强度。

4. 刚度分析与设计刚度分析与设计旨在确保容器在工作过程中不变形或过度变形。

一种常用的方法是通过增加支撑结构或加装支撑环使容器刚度增加。

另外，也可以通过优化容器的几何形状来增加其刚度。

例如，对于圆筒形容器，增加半径或者长度可以大幅提高刚度。

5. 稳定性分析与设计稳定性分析与设计主要考虑容器在受到外力或其他扰动时倾覆和滚动的问题。

通过合理的设计和选择支撑结构、引入抗滚环或抗倾覆支撑装置等手段，可以提高容器的稳定性。

此外，对于高压容器，还可以考虑采用多层壳体结构，增加容器的整体刚度和稳定性。

6. 材料选择与焊接技术材料选择对压力容器的结构特性至关重要。

通常选择具有良好的强度和耐蚀性的材料，如碳钢、不锈钢、合金钢等。

对于一些耐高温或特殊介质的容器，还可以选择高温合金材料。

此外，焊接技术在容器的制造过程中也起到重要的作用，高质量的焊接可以提高容器的强度和密封性。

7. 结语压力容器作为一种重要的储存和输送设备，在设计和使用中必须考虑其结构特性，确保其安全可靠。

本文对压力容器结构的特性进行了分析与设计，并介绍了强度、刚度和稳定性的考虑要点。

压力容器结构设计要点分析及解读摘要：随着现代化工企业的发展，压力容器越来越广泛地使用在石油、化工、制药、食品等各个领域。

压力容器作为承受压力等较高载荷的设备，若设计不合理，可能会导致容器变形甚至爆炸，给人员和环境带来严重危害。

为此，笔者结合多年的工作实践经验，对现代压力容器结构设计的要点进行了分析和总结。

关键词:压力容器;结构设计;要点引言随着工业化进程的不断推进，各类化工制品的需求量也与日俱增，压力容器作为一种安全系数较高的特种设备，在生产中承担了越来越重要的作用。

压力容器是一种封闭结构，通常用于储存或运输气体、液体或其他物质。

它们必须承受高压和高温等特殊工作状态，同时还必须防止泄漏和爆炸等危险。

这些要求使压力容器的设计变得至关重要，这不仅涉及容器中包含的介质，还涉及压力的大小、温度以及容器的结构、尺寸等方面。

因此，压力容器结构设计是至关重要的。

注重立足于安全、及时、经济和谐的原则，全面优化压力容器结构设计，会使其设计更加科学合理。

1压力容器结构设计要求压力容器广泛应用于精细化工、石化、医药行业、石化电子和机械电器等行业，特别是化工压力容器，其内部采用的材料大多为装配式的内件，设计过程复杂繁琐，如果产品设计有问题，将对压力容器的稳定性造成威胁，甚至可能形成重大安全隐患，影响设备的正常运行。

在压力容器的设计过程中，应根据其工况、介质特性、环境温度、工作气压、连接管口等使用条件，结合当前压力容器的相关设计法规和标准，进行系统风险评估，以确保产品在设计过程中不会出现风险问题，确保容器质量达到使用最高要求。

2压力容器结构设计的原则2.1 应力的均匀性在设计压力容器时，应该特别注意壳体结构的连续性，以确保它能够承受较大的应力变化，避免突变情况的发生。

如壳体结构有难于连续之处，为保证应力的均匀分布，应采用圆滑过渡的办法。

2.2应力集中或削弱强度的结构相互错开在设计压力容器时，应该尽量避开在结构强度较弱或应力集中的部位进行设计，以防止应力的叠加情况发生。

应力线性化原理在压力容器分析设计中的应用分析作者：胡洋王超悌尚英军来源：《科学与财富》2018年第07期摘要：应力线性化原理是压力容器设计过程中需借助的主要原理，是提高容器设计合理性的关键。

本文简要介绍了应力线性化原理，强调了将该原理应用到压力容器设计中的重要价值。

基于此，对应力线性化模型的建立方法进行了详细的探讨，并以某压力容器为例，在借助应力线性化原理的基础上，对其设计方案进行了分析，证实了该原理的应用价值。

关键词：应力线性化原理；压力容器；轴对称模型前言：压力容器属于石油、化工等领域所应用的主要设备，该设备设计过程中，如力学指标存在误差，极容易对容器使用的安全性造成影响，对容器使用寿命的延长不利。

实践研究显示，将应力线性化原理应用到压力容器的设计过程中，有助于提高容器力学参数的合理性。

可见，为优化容器的设计效果，对该原理的应用方法加以探讨较为关键。

1 应力线性化原理应力线性化，即将有限元分析所得到的应力分布曲线，进行线性化处理，使之“弯曲应力”、“薄膜应力”以及“峰值应力”的变化情况能够体现在曲线当中的一种力学分析方法[1]。

压力容器设计过程中，薄膜应力、弯曲应力以及峰值应力，属于影响容器使用安全性的主要因素。

根据各应力名称的不同，其影响同样不同。

薄膜应力一般沿压力容器的截面均匀分布，应力的大小，与截面的厚度有关。

弯曲应力一般沿压力容器的截面线性分布，应力与截面厚度合力矩等效。

为提高压力容器设计的合理性，确保三项力学参数合理较为重要[2]。

2 应力线性化原理在压力容器分析设计中的应用2.1 应力线性化模型的建立方法应力模型包括非轴对称模型与轴对称模型两种，两种模型的建立方法存在一定的差异：2.1.1 非轴对称模型非轴对称模型所对应的应力，一般呈非线性的形式分布，应力一般沿压力容器的截面厚度方向分布。

根据压力容器静力等效以及静弯矩等效的不同，应力的计算模型同样有所差异。

计算时，需将“非线性应力分布值”、“弯曲应力”、“截面厚度”等参数，纳入到模型当中，提高结果的准确度。

有限元极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用2010-07-15 10:39:54| 分类：分析设计| 标签：极限分析分析设计asme规范先进设计方法经验分享|字号大中小订阅在某炼化一体化项目中，几个加氢反应器均采用分析法设计。

详细设计时，国内计算后，反应器的主要受压元件厚度均要比专利商建议的厚度多出10~30mm不等。

这其中有国内设计出于保守的考虑，另一个原因：同是采用分析设计，ASME的非线性分析相对先进一点。

参与国际竞争时，先进的设计方法值得我们研究。

1.背景随着中国加入WTO，国内各工程公司正积极走向海外。

随之进入国际市场的压力容器产品也面临着严峻的挑战，为了在国际舞台上获得竞争优势，各工程公司必须采用先进的技术设计出更安全和更低成本的产品。

压力容器分析设计是力学与工程紧密结合产物，解决了常规设计无法解决的问题，代表了近代设计的先进水平[1]。

过去，国内分析设计通常采用弹性应力分析法，通过路径分析，应力线性化处理获得路径上的一次应力和二次应力，进而进行强度评定。

该方法主要存在以下问题：⑴对大多数情况是安全可靠的，但对某些结果可能出现安全裕度不足的情况（如球壳开打孔）；⑵如何对有限元法求解获得的总应力分解并正确分类遇到了困难。

假如把一次应力误判为二次，则设计的结果将非常危险，反之，把二次应力误判为一次，则又非常保守。

文[2]5.2.1.2节明确提到：应力分类需特殊的知识和识别力，应力分类方法可能产生模棱两可的结果。

国内专家亦也认为对应力进行正确的分类存在一定困难[3-6]。

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，此时即使载荷不在增加，变形也会无限增大，发生总体塑性变形（overall plastic deformation），此时的载荷称为“极限载荷（limit load）”。

一、应力性质
1.薄壁容器
pr2 2T
pr2 2T
(2
r2 ) r1
应力特点：
➢ 沿壁厚均布；
➢ 平衡外载，无自限性；
➢ 外压时为压应力，需 考虑失稳。
一、应力性质
2. 厚壁容器
K
p 2
1
(1
R02 r2
)
r
K
p 2
1
(1
R02 r2
)
z
K
p 2 1
K R0 Ri
一、应力性质
2. 厚壁容器
为了分析应力的性质，将非线性分布的应力视为均 匀分布、线性分布和非线性分布的三部分的叠加。
许用应力分类 GB150-98,约27种
JB4732-95,约27种
15 制造与检验
按压力容器常规要求 比前者要求严格
制造资格 16 综合经济性
要有压力容器制造许可 证
一般结构的容器综合经 济性好
必须有相应的许可证，例如第三类 压力容器许可证
大型、复杂结构的容器综合经济性 好（用户需提供详细的设计任务书）
16MnR正火，6-100mm -20 ℃ 16MnDR正火，6-32mm, -40 ℃ 09Mn2VDR正火,6-20mm,-50 ℃ 09MnNiDR正火,6-60mm,-70 ℃
5 钢板的韧性要 20R
≥18J
求(以冲击功Akv 16MnR,15MnVR
≥20J
表示)
15MnVNR,18MnMoNbR,
2、分析设计
设计准则
塑性失效准则——只有当结构沿厚度方向全部屈服时， 结构才失效。
疲劳失效准则——一定许循环应力幅作用下的构件，只 有其循环次数超过允许的最大循环次数后，才会发生疲 劳破坏。

常规设计
某些规定的结构形 式
分析设计 任何结构
分析设计的基本思ｗ想ｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ
（1）不同种类的应力对容器失效的影响各不相同；
（2）如果能够对应力进行更严格而详细的计算, 压力容器的设计 就能够做到更合理、更科学。
6 标准分享网 免费下载
4.4.2 压力容器的应力分类
(4) 计算主应力 σ1, σ2 和 σ3，取 σ1>σ2>σ3. (5) 计算每组的最大主应力差
σ 13 = σ 1 − σ 3
σ13 即为分别与 Pm , PL , PL + Pb , PL + Pb + Q , PL + Pb + Q + F 相对应的应力强度 S I , SII , SIII , SIV 和 SV 。
过程设备设计
σ
t θ
O Ri
二次应力 Q
当量线性应力
当量线性应
力，是和实
际应力有相
同弯矩的线
Ro
性分布应力
峰值应力 F
峰值应力
图4-57 外加热厚壁圆筒环向热应力的
线性化处理
14
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4.4.3 应力强度计算
4.4.3 应力强度计算
应力强度: 该点最大主应力与最小主应力之差
25
内压
一次总体薄膜应力 沿厚度的应力梯度 二次应力
轴向温度 梯度
内压
薄膜应力-二次应力 弯曲应力-二次应力
局部薄膜应力 -一次 应力 弯曲应力-二次应力
过程设备设计
符号
Pm Q
Q Q
PL Q
在接管或其它开孔 附近
外部载荷或 力矩，或内

压力容器的稳定性分析与设计优化压力容器是一种能够储存和运输高压介质的设备，广泛应用于石化、化工、能源、医药等众多领域。

然而，由于高压环境下容器受力情况复杂，容器的稳定性问题一直是工程师们关注的焦点。

本文将从压力容器的稳定性分析和设计优化两个方面进行论述，探讨如何在容器设计中降低事故风险，提高运行安全性。

一、压力容器的稳定性分析1. 弯曲稳定性分析在高压环境下，容器会承受来自介质内部以及外部环境的力，容器壁的弯曲稳定性是保证容器不发生变形和破裂的重要因素。

因此，对容器的弯曲稳定性进行分析是容器设计的基础。

首先，需要计算容器在弯曲时的应力和应变分布情况，通过有限元分析等手段，确定容器壁的最大应力点和最大应力值。

然后，结合材料的力学性能，进行强度校核，确保容器能够满足正常使用条件下的强度需求。

2. 局部稳定性分析容器壁的局部几何缺陷或开口可能导致局部应力集中，引发容器的局部失稳或破裂。

因此，在容器设计中需要对局部稳定性进行充分考虑。

针对容器壁的几何缺陷或开口，可以采用应力集中系数和强度减少系数等方法进行评估。

通过计算得到的应力集中系数和强度减少系数，判断局部失稳的可能性，并进行优化设计，降低缺陷处的应力集中程度，提高容器的局部稳定性。

二、压力容器的设计优化1. 材料选择与工艺优化在压力容器的设计过程中，正确选择合适的材料对提高容器的稳定性至关重要。

材料的力学性能、耐腐蚀性能以及可焊接性等因素都应该被考虑。

同时，还需要优化焊接工艺，避免焊缝处的强度降低，以提高容器的整体稳定性。

2. 结构优化与加强设计容器的结构设计对其稳定性具有重要影响。

合理的结构设计可以提高容器的整体刚度，降低容器的应力集中程度，从而提高容器的稳定性。

在结构设计过程中，可以采用有限元分析等先进的计算方法，优化容器的结构，减少质量，提高容器的刚度，从而提高容器的整体稳定性。

3. 考虑温度和压力变化容器在运行过程中，温度和压力的变化会对容器的稳定性产生影响。

ＡＮ Ａ ＰＤＬ 平 台 ，另一 方 面 ，很 多用 户 没有 真正 认 识 并体 会到 ＳＹＳ Ｗｏｋ ｅ ｃ ｒ ｂ ｎ ｈ平 台带来 的高效与便利 。
Ａ Ｙ ／ ｒｂ ｎｈ是 ＡＮＳ ＮＳ ＳＷｏｋ ｅｃ ＹＳ公 司研发 的新一代协 同仿
真 环 境 ， Ｗｏｋ ｅｃ 环 境 中 ， 在 ｒｂ ｎｈ 用户 始 终 面 对 同一 个 界 面 ，无
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Ｗｏ ｋ ｅ ｃ ｒ ｂ ｎ ｈ在压力容器分析 设计 中的应用技巧
■ 惠生工程 （ 中国）有限公司 沈 望
Ｗｏ ｋ ｅ ｃ ＡＮ Ｙ 公司研 发的新一 代协同仿真平 台 ， ｒ ｂ ｎ ｈ是 Ｓ Ｓ 其便先进性 、 高 效 性 、便 捷 性 深 得 用 户 认 可 。 但 是 目前 在 压 力 容 器 用 户 群 中 采 用 Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ作 为分析 平 台的 并不多 。一方 面是 因为用 户 习惯 了以往 的 ０ ｅ ｃ ｋ
成整个分析， 转换分析平台需时间和精力去重新学习；
（ ）设计人员没有体会和认识到 Ｗｏｋ ｅｃ ２ ｒｂ ｎｈ新功能带来 的高效性和便 利性。
本文介绍 了笔者使用 Ｗｏｋ ｅｃ ｒｂｎ ｈ进行分析的一些经验和
体验 ．希望能与同行共同探 讨、共同进步 。
快捷 的几何建模 ｎｈＤ Ａ 建立草 图、 参数驱动 、 拉伸与旋转等 ． 使得 建模效率 ￣Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ
Ｗｏ ｂｎｈ ｒ ｅｃ 在压力容器分析设计 中的应用现状 ｋ
目前 大部分压力容器用户使用的均为ＡＮＳ Ｄ 即 ＹＳＡＰ Ｌ（ Ａ ＹＳ ＮＳ 经典 ） 使用 Ｗｏｋ ｅｃ 进行分析设计的非常少见 ． ｒｂ ｎｈ 原 因大抵有如下两条 ： （） １ 过去多年设计人员已经习惯于使用ＡＮ ＹＳＡ Ｄ Ｓ Ｐ Ｌ完

压力容器应力分析及其设计引言压力容器是一种用于储存或运输压力流体或气体的设备，广泛应用于化工、石油、制药等领域。

由于其工作环境的特殊性，压力容器的设计和应力分析至关重要，直接关系到设备的安全性和稳定性。

本文将介绍压力容器应力分析的基本概念和方法，并探讨压力容器设计的一些考虑因素。

压力容器应力分析在压力容器的设计和使用过程中，应力分析是非常重要的一步。

应力分析的目的是确定容器的强度和稳定性，以确保其在工作压力范围内能够安全可靠地运行。

1. 基本概念在压力容器中，由于内、外侧的压力差异，容器壁面会受到应力的作用。

应力是物体内部原子或分子间相互作用的结果，它可以表现为拉伸、压缩、剪切等形式。

常见的应力包括轴向应力、周向应力和切向应力。

轴向应力是指沿着容器轴线方向的应力，周向应力是指沿着容器周向的应力，切向应力是指垂直于容器壁面的应力。

2. 应力分析方法压力容器的应力分析可以采用数值模拟方法或者经验公式计算。

数值模拟方法通常基于有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA），通过划分网格、建立数学模型并求解，得到各个位置的应力值。

经验公式计算相对简便，适用于一些简单几何形状的压力容器。

常用的经验公式有ASME VIII-1标准中的公式和欧洲标准EN 13445中的公式等。

无论采用数值模拟方法还是经验公式计算，都需要考虑容器的材料特性、内外压力、温度、容器几何形状等因素。

3. 应力分析结果的评估进行应力分析后，需要对分析结果进行评估。

常见的评估指标有应力强度安全系数、应力集中系数、损伤累积等。

应力强度安全系数是指容器的实际应力值与允许应力值之间的比值。

一般要求安全系数大于1，以确保容器在额定工作条件下不会发生破坏。

应力集中系数用于评估容器上的应力集中程度。

过高的应力集中系数可能导致局部破坏和疲劳寿命的降低。

损伤累积是指容器在循环荷载作用下承受的损伤累计量。

如果损伤累积超过一定限制，容器可能发生疲劳破坏。