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壓力容器法蘭鍛件失效與設計準則

更新時間??2022-02-20 08:49 閱讀

1、壓力容器鍛件失效形式

壓力容器鍛件的失效大致可分為強度失效、剛度失效、失穩失效和泄漏失效四大類。
而大多通用壓力容器仍采用常規法設計。

①強度失效

因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，稱為強度失效，包括韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蟠變斷裂、腐蝕斷裂等。壓力容器的斷裂就意味著爆炸或泄漏，危害極大。韌性斷裂和脆性斷裂是兩種常見典型斷裂形式。韌性斷裂的特征是斷后有肉眼可見的宏觀變形，如整體鼓脹，周長延伸率可達10%?20%，基本無碎片，斷口與主應力方向呈45%斷裂時應力通常達到材料的強度極限。脆性斷裂的特征是斷裂時容器沒有鼓脹，即無明顯的塑性變形，其斷口齊平，并與最大應力方向垂直，常呈碎片狀，危害大，斷裂時其應力往往遠低于材料的屈服極限，故稱低應力脆性斷裂。

②剛度失效

由于構件過度的彈性變形引起的失效，稱為剛度失效。例如，露天置立的塔在風載荷作用下，若發生過大的彎曲變形，會破壞塔的正常工作或塔體受到過大的彎曲應力。

③失穩失效及某些大型高壓容器的設計中考慮采用

在壓應力作用下，壓力容器突然失去其原有的規則幾何形狀引起的破壞稱為失穩失效。例如，承受外壓或真空的容器鍛件，就存在失穩的可能性。

④泄漏失效

由于泄漏而引起的失效，稱為泄漏失效。例如密封面的泄漏及局部開裂或穿孔引起的泄漏。

2、壓力容器設計準則

表征壓力容器達到失效時的應力或應變等定量指標，稱為失效判據。為防止容器發生失效，使其達到安全可靠，通常在失效判據中引入安全系數，從而得到與失效判據相對應的強度或剛度等計算式，這就是設計準則。同一種失效形式，可因表征其失效時的理論基礎及其力學性能參量不同，有時會有一個以上的失效判據，此時的設計準則表達式也會相應有幾種。例如彈性失效準則就是這樣。

壓力容器鍛件技術發展至今，各國設計規范中已經逐步形成如下的設計準則：強度上防失效的設計準則有彈性失效設計準則、塑性失效設計準則、爆破失效設計準則、安定性設計準則、疲勞設計準則、蠕變設計準則、低應力脆斷設計準則等。另外還有防剛度失效的位移設計準則、失穩失效設計準則及泄漏失效設計準則。而在各種失效設計準則中，傳統和至今仍應用最普遍的是彈性失效設計準則。我國GB150也是采用彈性失效設計準則。

我國大多壓力容器鍛件采用常規法設計，其相應的強制性通用標準為GB150;而某些特殊要求壓力容器采用應力分析法設計，其相應強制性行業標準為JB4732。GB150和JB4732 分別代表了不同的設計方法與設計理念，應注意和理解二者間的區別。

①設計準則不同前者采用彈性及失穩失效準則；而后者采用彈塑性、塑性和疲勞失效準則等。

②應力強度計算方法不同前者以材料力學及板殼理論的平均薄膜應力為基礎，對局部高應力給予應力增強系數，以最大主應力理論計算應力強度；而后者以板殼理論與彈塑性力學為基礎，對應力進行詳細分類，按最大切應力理論進行應力強度計算。

③應力強度限制條件不同前者應力不加區別，均以限制；后者按不同性質應力區別對待，以不同安全系數進行限制。

④適用條件不同前者限標準中規定的壓力容器通用結構，壓力不大于35MPa，不適用疲勞設計；而后者適用于各種壓力容器結構，壓力可達100MPa,可用于疲勞設計。

分析法設計的壓力容器鍛件，壁厚較小，節省材料，并能保證在各種苛刻條件下長期安全運行，但其設計工作量大，對材料、制造、檢驗及運行操作條件要求更為嚴格。因此，分析設計目前僅在具有特殊復雜結構或承受疲勞破壞載荷及某些大型高壓容器的設計中考慮采用，而大多通用壓力容器仍采用常規法設計。