压力容器应力分析设计方法的进展和评述

李迪

摘要：压力容器在工业生产中的应用越来越广泛，但是压力容器在使用过程中会受到制作反应介质压力等多种荷载压力的影响，要想使压力容器在使用过程中能够发挥出最大作用，并且提高其使用寿命，需要合理设计压力容器的各种荷载，通过分析压力容器在荷载作用下的用力变形，提出相关的改进措施，有利于提高压力容器的经济效益。

关键词：压力容器;应力分析;设计方法

压力容器通常情况下是储存液体、气体的密封设备，在使用过程中需要承载一定的压力，因此对压力容器的安全性提出了更高的要求。合理分析压力容器的应力分析和选择合适的设计方法非常重要。在确保压力容器的正常使用的前提下，在最大程度上实现压力容器的经济目标。我国根据压力容器的使用情况，出台了相关标准以及技术要求等。不断对压力容器进行改进，使压力容器的设计，制造，检验以及使用等环节都能得到充分保障，实现了压力容器的迅速发展。

1压力容器概述

1.1概念

压力容器是指盛装气体或液体的设备，需要承载一定压力的密闭设备。压力容器主要包括：储运容器、反应容器、热换器以及分离器。

1.2用途

压力容器的应用非常广泛，压力容器在石油化工，能源工业，科研与军工等国民经济各个部门都是非常重要的设备。压力容器一般包括筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等部分组成。另外，压力容器还配有安全装置、仪表设备以及配合生产工艺作用的内部原件，由于压力容器是密封、承压设备，因此在使用过程中容易发生爆炸，火灾等安全事故，从而造成人员伤亡和环境污染，因此需要合理运用压力容器，防止安全事故的发生。

2压力容器应力分析设计方法

压力容器是工业生产中的重要工具，在工业生产中发挥着重要作用，但是压力容器在使用过程中也存在一定的危险性，会严重影响工作人员的人身安全以及周围环境，如果压力容器得不到较好利用，会造成严重后果。压力容器应力是指受到外界因素的影响，在物体内部各种因素产生的相互作用，抵抗外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到原有位置，因此加强压力容器的应力分析是非常重要的研究课题。

用例分析设计方法主要是依据应力分析来作为基础设计，其中主要的特点主要包括以下几个方面：

（1）对压力容器及其他部件进行相应的弹性应力分析，在该过程中所采用的方法主要包括理论分析法、数值计算法、实验测定法等，这些方法的使用能够得到正确的结果。

（2）利用极限荷载控制一次应力，以及使用安定荷载来控制一次应力加二次应力所产生的疲劳寿命控制最大总用力，通过这两个步骤可以有效防止压力容器循环失效以及压力容器整体塑性失效。

（3）根据压力容器的相关原则确定不同危险系数，从而可以明确各类应力的最大值。

3压力容器应力分类法

应力分类法是压力容器在进行应力分析设计中的重要环节，应力分类法主要具有以下优点：第一，工作人员对应力分类法非常熟悉，在实际操作过程中较为方便，应力分类法的使用具有简单性;第二，在利用有限元分析软件的基础上可以实现对任何结构任、何形式的压力容器进行应力分析，因此应力分类法具有通用的特点;第三，各类应力的极限已经趋于保守水平上，因此压力容器应力分类法是一种偏保守的设计方法;第四，应力分类法是压力容器分析设计的主要方式。

应力分类法在压力容器分析设计中有着非常重要的作用，应力分类法的等效现行化处理方法在应用过程中新增了关键性内容，一方面，将数值分析法作为应力分析设计方法中的主要方式，并且规范了主要的实施步骤。另一方面，在有限元分析计算结果上，明确等效线性化处理方法。但是在实际应用过程中盈利分类法也存在很多问题，比如在利用等效线性化处理方法时所得出的结果经常会出现模棱两可的局面。

4利用有限元分析软件进行应力分析

传统的压力容器设计方法是简单计算得到薄膜应力或者弯曲应力，利用单一的许用应力来设计压力容器壁厚，这样的做法能够减少复杂的程序，但是在实际应用过程中會不符合实际生理情况。在压力容器的工作条件下，不仅会受到薄膜应力，还会受到弯曲应力，热影力等影响，因此在实际压力容器的分析方法中，数值分析法是一种比较常见的方法。压力容器的应力分析主要包括：一次应力、二次应力以及峰值应力。一次应力是指在外荷载的基础上，能够满足基本平衡条件的法向应力和剪应力。二次应力是指压力容器内部部件与相邻部件之间的结构约束，自身结构约束会引起法向应力和剪应力;峰值应力式压力容器内部分结构不连续或者局部热应力集中在一起，从而引起一次应力与二次应力之和的应力增量，因此在实际应用过程中，峰值应力形成的过程中具有最高应力值。采用第三强度理论可以进行应力分析和应力分类，因此对压力容器内进行应力分析时需要对第三强度理论进行细化研究。随着有限元分析软件的不断发展，有限元分析软件的功能也在不断完善，有限元分析软件已经成为弹性应力分析的主要方式。利用等效线性化处理方法，可以使有限元分析软件进行应力分析及评定，在实际计算过程当中，有限元分析软件并不能直接得到应力的表达公式，因此在进行线性化时，应当通过对压力容器的应力点进行分析从而得出应力分布曲线，然后利用积分可以得出相应值，在计算各项应力。

结束语

随着我国科学技术的不断发展，对压力容器的设计方法提出了更高的要求，不同的设计方法能够实现压力容器的不同作用。因此，在实际使用过程中选择合适的设计方法非常重要。不断改善设计方法，能够有效提高压力容器的安全性和有效性。另外，对压力容器的设计方法进行评价，可以及时发现设计方法中所存在的问题，进而提出相应的解决措施，能够有效提高压力容器的发展。

参考文献：

[1]丛方龙，周健.压力容器应力分析设计方法的进展研究[J].化工设计通讯，2017（02）：111.

[2]秦叔经.压力容器标准和规范中分析设计方法的进展[J].化工设备与管道，2011（01）：4-11.

[3]王超，何帅.分析压力容器应力分析设计方法的进展和评述[J].大科技，2013（15）：278-279.