目前压力容器的主要设计方法有常规设计法与分析设计法两种。
常规设计法,是以弹性失效为准则,以薄膜应力为基础,来计算元件的厚度。限定最大应力不超过一定的许用值(通常为1倍许用应力)。对容器中存在的较大的边缘应力等局部应力以应力增强系数等形式加以体现,并对计及局部应力后的最大应力取与薄膜应力相同的强度许用值。
GB150标准中的内压圆筒、球壳的厚度即是针对元件中的薄膜应力(一次总体薄膜应力),并控制在1倍许用应力水平进行计算的。而对椭圆封头、碟形封头的厚度则是计及封头及圆筒边缘效应的局部应力,并将其与薄膜应力叠加后的最大应力控制在1倍许用应力进行计算的。常规设计方法简明、但不臻合理,且偏保守。
分析设计法以塑性失效及弹塑性失效准则为基础,计及容器中的各种应力,如总体薄膜应力、边缘应力、峰值应力,进行准确计算,并对应力加以分类,按照不同应力引起的不同破坏形式,分别予以不同的强度限制条件,以此对元件的厚度进行计算。按该法设计的容器更趋科学合理、安全可靠且可体现一定的经济效益。
JB4732标准中对各种元件的厚度计算即是建立在应力分析基础上并采用了第三强度理论。其中内压圆筒、球壳的计算公式形式上虽与GB150的相应公式相同,但其计算意义是完全不同的。
分析设计由于区别了各种应力的性质和作用,充分发挥材料的承载潜力,因此对材料和制造、检验提出了较高的技术要求。
全国有哪些单位具有压力容器分析设计(SAD)资质?
一般球罐有A3证就行了,但是现在球罐都向大型化方向发展,采用规则设计壁厚太厚,采用分析设计厚度能减薄一部分,造价就降下来了。而且新的GB150上已经规定,球罐壁厚不易超过50mm,所以大的球罐都采用分析设计,壁厚薄了,焊接工作量也少了。
同意你的观点,见GB150.1附录E,设备可以整体采用常规设计,局部采用分析设计。这时,只要设计单位有设计人员具有分析设计证就行,不一定要求单位具有分析设计资质。
常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理,不涉及疲劳,且不考虑热应力。而容器在运行过程中,不但存在机械载荷,还有热应力,而且会存在不同的运行工况。这样,不能单纯通过提高材料设计系数或加大厚度来解决,有时厚度增加可能还会起反作用。分析设计中,能够将热分析考虑在内,且对于多工况运行,可采用疲劳分析方法预测其寿命。
常规设计基本上是控制结构的平均应力,将其限制在一定范围内,这样做没有把局部高应力区考虑在内,而这些高应力区往往是破坏源。要确定和评估这些高应力区,就需要进行分析设计。
另外,常规设计适用于特定的结构形式,不适用于其他结构形式或者受其他载荷的情形。而在分析设计中,只要合理设置边界条件,且模型处理得当,是能够得到结构各个部位的应力分布情况。
分析设计以塑性失效(一次加载情况)、弹塑性失效准则(交变载荷情况)为基础。
李建国的压力容器设计力学基础及其标准,这本是经典呀。170页,第十章,表10-1 常规设计与分析设计 对比
1、设计准则不同
常规设计的设计准则是基于第一强度理论,以弹性失效准则为基础,认为当最大拉应力超过许用应力时,部件即为失效。
分析设计的设计准则是基于第三强度理论,以弹塑性失效准则为基础,认为当最大剪切应力超过许用应力时,部件即为失效。
2、评定方式不同
常规设计认为只要结构出现屈服,即为失效。
分析设计允许结构出现可控区域的塑性变形,对与应力根据应力产生原因,存在区域大小,导致的失效方式等因素对其进行分类,并对不用的应力强度施以不同的限定准则。
3、针对的失效模式不同
常规设计以一次静载荷的施加为计算方式,未考虑设计针对的不同失效模式。
分析设计考虑了包括弹性失效、塑性变形、脆性断裂、蠕变变形、渐增性垮塌、低循环疲劳在内的失效模式。
常规设计很多是讲模型简化,近似,以方便计算,为保证安全,取值一般也比较保守,适用于静态场合,许用应力变化不多,以弹性失效为主,附带经验系数
有时候两种方法可任选,但对大型设备分析设计可能作用比较大,可以明显减少壁厚和重量,降低成本,
有时候像疲劳动载设计等按规定,出于安全考虑,只能采用分析设计,这时候计算厚度可能比常规更大
常规设计结果偏保守,要节省材料费用就要用上分析设计了。
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