EN压力容器标准与ASME标准和我国标准的对比– 基于公式的设计和疲劳设计.pptVIP

EN压力容器标准与ASME标准和我国标准的对比 – 基于公式的设计和疲劳设计 * * 秦叔经 2006.8 EN13445的地位 可不做任何修改而成为欧盟成员国的国家标准 符合该标准即被认为已满足标准中涉及的 97/23/EC 中的基 本要求条款 在EN13445-Part 3 “Design”的Annex ZA中声明,标准所对应 97/23/EC 中的基本要求为其 Annex I 的条款2.2 和条款7（有关设计强度、设计计算方法、材料性能和许用应力、焊接接头系数、压力试验、安全泄放装置等方面的基本要求） 采用其他标准设计、制造的承压设备要进入欧洲市场，必须 证明符合97/23/EC的有关条款要求，如设计计算需考虑的因 素包括： 载荷 失效模式 材料强度 计算方法 安全裕度 需考虑的基本失效模式 1) 总体塑性变形 2) 塑性破坏（爆破） 3) 累积塑性变形(棘轮现象和正、反向反复屈服) 4) 弹、塑性失稳 5) 疲劳破坏 注： 1. 失效模式 2）包括在失效模式 1）中； 2. 当量循环次数不大于500，可不考虑疲劳破坏。 3. 设计人员还需考虑可能发生的其他失效模式 EN13445 的基本思想是针对结构可能出现的失效模式，采用合适的设计计算方法，使结构具备足够的强度以避免失效 EN标准中按公式设计（DBF）、按分析方法 设计（DBA）和疲劳设计之间的关系 97/23/EC 规定可采用的设计计算方法包括 1) 按公式设计（DBF） 2) 按分析方法设计（DBA） 3) 按断裂力学方法设计 注: 在满足 97/23/EC基本要求的前提下,以上三个方法可相互替代; 疲劳设计方法应是分析设计方法的一种，但它是唯一的，不能用其他方法替代 可以在以下情况下考虑采用分析方法设计： 1) 对于某一结构，标准中没有给出公式设计方法 2) 不能满足一般制造要求的特定情况 3) 叠加了环境效应（如风、雪、地震，等等）的载荷工况， 作为一种补充设计方法。 EN13445中按公式设计方法的特点 较多的采用了经典板壳理论推导的结果 在构造力学模型时，对各受压元件的受载条件和结构特点考虑较为全面,一般同时考虑了总体塑性变形和累积塑性变形的失效模式 在某些公式设计方法中直接采用了分析设计方法得到的结果 比较适合利用计算机进行辅助设计 一些实例 1) 碟形封头 （球冠部分防止塑性破坏所需的壁厚） （折边部分防止发生轴对称屈服所需壁厚） （折边部分防止发生塑性失稳所需壁厚） 注： 1) 当ey 大于0.5% Di 时，不需计算 eb ; 2) ? 为 e/R 和 r/Di 的函数。 椭圆封头按碟形封头计算，折边半径和球冠部分半径按以下确定： 注：K 为长短轴之比，1.7 K 2.2 ASME 标准和我国标准对椭圆封头的计算方法 2) 锥形封头计算 适用范围为半锥角不大于75°; 对是否采用折边没有限制条件; 按有力矩理论及 3f 强度条件(安定性条件)推得锥形封头与筒体连接处 所需的加强壁厚和加强长度 3) 外压筒体计算 直接采用 Mises 公式计算得到理论许用外压 Pm 取材料正好发生屈服时的外压力为Py，则Pm/Py = ? /?y 实际许用外压为Pr，则Pr/Py = ? /?y 两个比值的关系曲线与弹性模量和屈服点无关 在弹性阶段，该曲线可适用于任何材料;在塑性阶段，EN13445 假定所有 的材料取相同的本构关系 4) 圆筒体上接管作用有外力和外力矩时的校核计算 按总体塑性变形失效模式计算组合许用载荷 按累积塑性变形失效模式（即 3f 强度条件）校核应力 应力集中系数按 S. S. Gill 所编 ”The Stress Analysis of Pressure Vessel and Pressure Vessel Components” 一书中的曲线取值 注：?T 为温差应力 5) 卧式容器设计 双鞍座布置可为相对跨中截面对称和非对称；多鞍座要求布置成各鞍座的受力相等，即每个鞍座反力为 采用梁模型求得各计算截面的弯矩（与 Zick 法基本相同） 鞍座截面的强度采用圆筒体上承受线载荷的计算方法进行校核（与 Zick 法 完全不同） a) Zick法假定了鞍座与筒体的接触力分布是非线形的，而EN13445假定的线载荷分布是均布的 b) Zick 法要求计算校核鞍座与筒体接触的最低点和边角处的压应力，而EN13445 是从线载荷引起