压力容器设计中的应力分类

压力容器设计方法对比与应力分类压力容器是用于贮存或运输气体、液体或蒸汽的设备。

压力容器在化工、石油、航空航天等领域中广泛应用，因此其设计和制造至关重要。

在设计压力容器时，工程师需要考虑材料选择、设计方法和应力分类等许多因素。

本文将对不同的压力容器设计方法进行对比，并介绍常见的应力分类。

一、压力容器设计方法对比1. 牛顿法牛顿法是最简单、最常见的设计方法之一，用于计算压力容器的壁厚。

它基于材料的抗拉强度和设计压力来确定壁厚。

牛顿法适用于一些简单的压力容器设计，但对于复杂的容器来说，往往需要更加精确的方法。

2. ASME标准ASME（美国机械工程师学会）发布的压力容器设计规范是工程师设计压力容器时参考的标准之一。

ASME标准涵盖了压力容器的设计、制造、检验和安全要求，可以确保压力容器的安全性和可靠性。

ASME标准考虑了诸多因素，如材料强度、焊接、腐蚀等，适用于各种不同类型的压力容器。

3. 有限元分析有限元分析是一种先进的设计方法，通过建立复杂的数学模型来模拟压力容器在不同工况下的受力情况。

有限元分析可以更精确地计算应力分布，帮助工程师发现潜在的问题，并进行优化设计。

有限元分析需要借助计算机软件，并且对工程师的要求更高，但可以提供更加精确的设计方案。

4. 材料弹性理论材料弹性理论是一种基于材料力学性质进行压力容器设计的方法。

通过对材料的本构关系和应力应变关系进行分析，可以得到压力容器在不同载荷下的应力和变形情况。

材料弹性理论考虑了材料的非线性特性和弹塑性行为，适用于各种复杂工况下的压力容器设计。

二、应力分类在压力容器的设计和制造过程中，应力是一个非常重要的参数。

应力分类是将应力分为不同类型，并根据不同类型的应力进行分析和设计。

常见的应力分类主要有以下几种：1.轴向应力轴向应力是指垂直于截面的应力，是压力容器中常见的一种应力类型。

轴向应力的大小取决于容器的载荷和几何形状，对容器的稳定性和强度有重要影响。

关于压力容器分析设计中的应力分类方法发布时间：2021-12-28T08:54:25.672Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：李玲俐贾雪梅侯玮[导读] 并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。

巴克立伟（天津）液压设备有限公司天津西青300385摘要：按照压力容器分析设计的标准，可把二维以及三维实体弹性有限元的计算应力分为三类，即一次应力、二次应力与峰值应力，于是本文就着重对这三类应力的原理展开了研究，并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。

关键词：压力容器；分析设计；应力分类1 引言压力容器分析方法中的应力分类法最早是由 ASME 机械工程师协会于上世纪 60 年代纳入ASME VIII-2 中的。

我国最早也是在 JB4732-1995 中正式颁布了压力容器分析设计标准。

随着计算机技术的发展，使用有限元分析软件来进行分析设计已经被广泛普及和应用。

应力分类法主要以板壳理论中的应力分析作为根据，通过以线弹性分析的方法解决弹塑性结构的失效问题。

因为压力容器分析设计引入了应力分类，所以当设计人员计算好应力之后，还需根据结果进行分类，分为一次应力、二次应力以及峰值应力，每种应力的失效机制以及极限值均不同。

虽然具有特殊载荷在局部区域的应力分类，不过此分类主要是壳体理论的，无法直接用于二维以及三维实体弹性有限元当中。

目前二维以及三维实体有限元的应力分类方法还没有标准的原则，为此后文将通过对比分析法对几种应力分类进行综合阐述。

2 应力分类方法2.1 弹性补偿法（ECM）弹性补偿法也被称为减少模量法（RMM），此方法的应用原理为：降低高应力单元弹性模量、增加低应力单元弹性模量。

此方法是最先用于管道系统的应力分类方法，后来应用在压力容器当中。

减少模量法（RMM）在弹性有限元计算应力当中主要就是把模拟的非弹性响应和带有一次、二次特征的理想模型展开比较，进而分成一次应力与二次应力。

压力容器设计中的应力分析与优化摘要：压力容器作为储存和运输压力物质的设备，在工业生产中扮演着重要角色。

由于其特殊性和复杂工作环境，容器壁面常受高压力和负荷作用，容易出现应力集中和应力腐蚀等问题，从而导致容器失效和严重事故的发生。

为确保压力容器的安全性和可靠性，应力分析与优化成为关键的设计环节。

本文探讨了压力容器设计中的应力分析方法，包括有限元法、解析法和试验方法，并提出了相应的优化策略，包括材料选择、结构设计、加强筋设计和压力分布均衡等方面。

强调了数值仿真与实验验证在优化策略中的重要性，通过综合运用这些方法，可以有效提高压力容器的性能和可靠性，确保其在各种复杂工况下安全运行。

关键字：压力容器，应力分析，优化策略，有限元法，解析法一、引言随着工业技术的不断发展和应用的不断扩大，压力容器作为一种重要的储存和运输压力物质的设备，在各行各业都扮演着不可或缺的角色。

由于压力容器的特殊性和工作环境的复杂性，容器壁面常常受到高压力和负荷的作用，导致应力集中和应力腐蚀等问题。

这些问题会导致容器的失效，从而引发严重的事故，对人员和环境安全造成严重威胁。

二、应力分析方法在压力容器设计中，应力分析是评估容器壁面应力分布和变形情况的关键步骤。

准确的应力分析可以揭示潜在的应力集中区域，为后续优化设计提供依据。

在应力分析中，常见的方法包括有限元法、解析法和试验方法。

2.1 有限元法：有限元法是目前最为广泛应用的应力分析方法。

它将复杂的容器结构离散为有限个简单单元，通过数值模拟的方式求解得出容器的应力分布。

有限元法能够考虑材料的非线性特性、几何的非线性变形以及复杂的边界条件，适用于各种复杂结构的压力容器。

在有限元分析中，需要建立容器的几何模型，将其划分为有限元网格。

根据材料特性、加载条件和边界条件，设定模拟参数。

通过迭代计算，求解得到容器内部应力和变形的数值结果。

有限元法具有高精度和较好的灵活性，可以在设计过程中快速验证多种设计方案的性能，是压力容器设计中不可或缺的分析手段。

第七章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力章小结本章介绍了容器承压时器壁内存在的三种性质不同的应力，即一次薄膜应力，一次弯曲应力和边界应力。

这三种应力在容器的强度计算中将不同程度的涉及。

其中一次薄膜应力是最基本的，在下一章中容器强度计算的讨论基本上是以薄膜应力为基础展开的，所以在三种应力中，薄膜应力是必须掌握的重点。

一次弯曲应力虽然也是十分重要的，但是在压力容器中以弯曲为主的受压元件较少，所以从强度计算的数量来说远少于薄膜应力。

二次应力由于它的产生原因不同于一次应力，而且又是考虑容器强度问题时不能回避的应力，所以对于二次应力的产生原因、性质特点、限制条件我们都作了定性的分析讨论。

通过这种讨论应该了解在什么情况下以及为什么可以不考虑二次应力而在另外一些情况下又为什么必须考虑二次应力。

有了这个基础，才能够理解下一章将要讨论的压力容器强度计算与结构设计中对一些问题的处理。

7.1 回转壳体中的薄膜应力1.容器是化工生产所用各种设备外部壳体的总称。

2.容器一般是由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔等元件构成。

筒体和封头是容器的主体。

3.压力容器壳体除平板形封头外都是回转壳体。

4.以任何直线或平面曲线为母线，绕其同平面曲线为母线，绕其同平面内的轴线旋转一周后形成的曲面，称为回转曲面。

5.过球形壳体上任何一点和球心，不论从任何方向将球形壳体截开两半，都不可以利用受力平衡条件求得截面上的薄膜应力为σ=pD/4δ。

6.与圆筒形壳体相比，球形壳体上的薄膜应力只有圆筒形壳体上最大薄膜应力值得一半。

7.圆锥形壳体中间面的母线虽然也是直线，但它不是平行于回转轴，而是与回转轴相交，其交角称为圆锥形壳体的半锥角。

正是由于这个缘故，圆锥形壳体中面上沿其母线上各点的回转半径不相等。

因此，圆锥形壳体上的薄膜应力从大端到小端是不一样的。

7.2边界区内二次应力1.筒体与封头在连接处所出现的这种自由变形的不一致，必然导致在这个局部的边界地区产生相互约束的附加内力，即边界应力。

第七章_压力容器中的薄膜应力、弯曲应力和二次应力第七章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力和二次应力在压力容器设计中，薄膜应力、弯曲应力和二次应力是三种主要的应力类型，对容器的结构和稳定性有着至关重要的影响。

了解和掌握这三种应力的性质和计算方法，对于设计者来说是至关重要的。

一、薄膜应力薄膜应力是一种主要的应力类型，通常发生在压力容器表面。

它是由容器内外的压力差引起的。

在压力容器设计中，薄膜应力是必须考虑的重要因素之一。

它可以通过薄膜应力强度因子进行计算，这个强度因子通常由经验公式和实验数据确定。

对于圆形平盖和球形封头，薄膜应力的计算公式可以分别简化为对圆板和球壳的薄膜应力计算公式。

对于其他更复杂的形状，如椭圆或锥形，则需要使用更复杂的公式进行计算。

二、弯曲应力弯曲应力通常发生在压力容器的部分区域，例如在容器壁的局部区域或连接处。

这种应力是由于容器内外的压力差和容器结构的自重引起的。

弯曲应力的计算通常需要考虑多种因素，如材料的弹性模量、泊松比、压力以及容器的几何形状和尺寸等。

在压力容器设计中，弯曲应力可以通过有限元分析等方法进行计算和评估。

这种方法可以更准确地模拟容器的实际结构和载荷条件，从而得到更精确的弯曲应力结果。

三、二次应力二次应力是由于局部区域的薄膜应力和弯曲应力的组合而产生的。

它通常发生在压力容器的某些特定区域，如连接处或容器壁的局部区域。

二次应力的计算需要考虑多种因素，如材料的弹性模量、泊松比、压力以及容器的几何形状和尺寸等。

在压力容器设计中，二次应力的计算通常需要通过有限元分析等方法进行。

这种方法可以更准确地模拟容器的实际结构和载荷条件，从而得到更精确的二次应力结果。

同时，二次应力的分布和大小也需要通过实验进行验证和校核。

四、设计建议在压力容器设计中，为了降低薄膜应力、弯曲应力和二次应力对容器结构的影响，以下一些建议可以作为参考：1.优化容器的几何形状和尺寸：通过改变容器的几何形状和尺寸，可以降低应力集中程度，从而降低薄膜应力、弯曲应力和二次应力的大小。

压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法压力容器在石油化工行业的应用非常广泛，通过分析压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法的发展，可以实现压力容器应用前景的扩大，并为其良好运行提供参考意见。

进一步推动压力容器在石油化工行业的应用，有效提高压力容器的经济效益。

标签：压力容器;应力分类法;塑性分析法近年来很多研究学者对压力容器的工作原理、性能等方面进行研究，并取得了显著效果。

以往的压力容器在设计过程中，都是采用薄膜应力的方式进行设计，将其他应力影响包括在安全系数之中。

但是在实际应用过程中，压力容器及承压部件中，除去介质压力所形成的薄膜应力之外，还会受到热胀冷缩变形而导致的温差应力以及局部应力，因此，在进行压力分析设计时，需要利用应力分类法和塑性分析法，才能够明确不同应力对压力容器安全性的影响，从而有效提高压力容器的科学性和合理性。

1应力分类法1.1一次应力一次应力是指压力容器因为受到外载荷的影响，压力容器部件出现剪应力。

一次应力超过材料屈服极限时压力容器就会发生变形破坏。

主要可以分为以下几种情况：第一，总体薄膜应力。

因压力容器受到内压的影响在壳体上出现薄膜应力，总体薄膜应力会在整个壳体上均匀分布，当应力超过材料屈服极限时，壳体壁厚的材料会发生变形。

第二，局部薄膜应力。

是指压力容器的局部范围内，应受到机械载荷或者压力所导致的薄膜应力，其中主要包括支座应力以及力距所形成的薄膜应力。

第三，一次弯曲应力。

由于压力容器受到内压作用的影响，在平板盖中央位置会出现弯曲引力，随着载荷的不断增加，应力会进行重新调整。

1.2二次应力二次应力是指压力容器部件受到约束而出现的剪应力。

二次应力满足变形条件。

例如，在压力容器的半球形封头以及薄壁圆筒的连接位置，由于受到压力容器内压的作用，两者会出现不同的径向位移，因此两者的连接部位会形成相互约束关系，出现变形协调情况。

在这种情况下，连接部位会附加剪力应力，从而形成二次应力。

压力容器设计方法对比与应力分类压力容器是工业生产中不可少的组成部分。

在设计压力容器时，需要考虑到很多因素，如材料选择、壁厚计算、强度校核等。

在本文中，我们将对比常见的压力容器设计方法，并介绍压力容器的应力分类。

常见的压力容器设计方法有以下几种：1. ASME Boiler and Pressure Vessel CodeASME是美国机械工程师学会的缩写，ASME Boiler and Pressure Vessel Code是针对设计、制造和检验压力容器的标准。

这个标准对于压力容器的安全性和可靠性有着很高的要求，因此常被用于设计和制造要求高的压力容器。

2. EN13445EN13445是欧洲压力容器标准，类似于ASME标准，但设计和制造要求略有不同。

EN13445标准要求对材料、制造、检验和标记等方面做出详细的规定。

3. API 620API 620标准是针对大型液态贮罐的设计和制造的。

这个标准要求对安全性、可靠性和完整性做出了详细的规定，并需遵循材料选择、制造、安装和测试等方面的准则。

虽然这三种标准有着相同的目的和原则，但其设计和制造的要求有所不同。

在选择标准时，需要根据具体的设计要求和使用条件进行选择。

压力容器的应力分类主要有以下三种：1. 内压应力在容器内灌入高压气体或液体时，容器壁会受到内压的作用，从而产生内压应力。

内压应力是通过容器壁的弹性变形来分散压力的。

2. 外部应力外部应力是指容器表面受到的外力作用，如风力、重力等。

外部应力会对容器壁产生弯曲和撕裂等形变。

当容器表面温度发生变化时，容器壁会产生热膨胀或收缩。

如果热膨胀或收缩过大，就会对容器壁产生热应力。

热应力可能导致容器开裂或失去原有的强度。

因此，在设计压力容器时，需要充分考虑这些应力，并采取相应的措施来确保容器的安全性和可靠性。

总结。