断裂力学在工程应用中的可靠性

前言近年来应用断裂力学来分析工程中的断裂事故、防止断裂事故的发生,并从防止断裂的角度出发来确定选材或选择热处理工艺加工工艺等标准,制定对于带缺陷零件的验收标准等等方面已取得了一定的成就,应用断裂力学来解决工程中的断裂问题,不但在超高强度钢,而且在中、低强度钢中都有了可喜的进展。近年来我们在一机系统两个重点课题——高压容器和大型电站锻件上应用断裂力学来决定判废标准也做过一些初步的尝试,效果都是比较好的。由于应用了断裂力学所提供的断裂判据,所以,在决定判废标准时有了一定的理论上和实验上     

轻质复合材料高压容器的研究和结构设计

轻质复合材料高压容器的应用越来越广泛,随着氢能和天然气等清洁燃料在汽车中的应用,其轻量化和安全性的研究显得特别重要。主要进行高压储氢容器的研究与结构设计,该结构采用高强度铝合金内胆、外缠绕高强度纤维复合材料构成压力容器,它具有质量轻、防渗漏、耐压能力强等特点;通过提高储氢压力和减轻容器重量来提高储氢密度,储氢密度可达到5%以上;设计中改进了纤维缠绕的预应力分布,在操作时降低了铝内胆的平均应力,提高了容器的抗疲劳性能和综合安全性能。     

“合于使用原则”的概念及其应用兼谈对我国压力容器技术发展的几点看法

近年来,压力容器破坏事故的分析表明,破坏主要是由于裂纹和裂纹的扩展引起的。所以,在压力容器技术中,逐渐引入了两个新的概念:“无张开设计原则”和“合于使用原则”。“无张开设计原则”是采用机械方法、使受内压容器的壳体,始终保持压应力状态,则即使有裂纹类缺陷存在,也不致于使其扩展而造成容器破坏。“合于使用原则”是利用断裂力学的基本原理,对压力容器可能存在的缺陷进行分析计算。本文作者是从事压力容器设计工作的。前几年在英国设菲尔德大学机械系进修期间,对断裂力学在压力容器设计中的应用,做过一些研究工作。回国后又与从事这方面工作的专家、学者,进行过一些研讨。现把有关内容经本人整理成文,逐渐在本刊上发表,以便与从事压力容器设计、研究、制造、检验的同事们广泛开展讨论。全文准备分成三个部分: 一、“合于使用原则”的概念及其应用——兼谈对我国压力容器技术发展的几点看法; 二、“合于使用原则”在压力容器技术中的应用——几种方法和规范的分析比较; 三、对应用“合于使用原则”进行压力容器设计可能采用的几种方法进行一些探讨。本期刊登的是第一部分。断裂力学的迅速兴起和发展,为压力容器的疲劳和断裂分析,提供了理论基础;而“合于使用原则”又为断裂力学的基本理论应用于压力容器技术,提出了一些具体的方法。随着生产的发展,对这一专门学科的应用会越来越广泛,而实践经验的积累,将会促进它的进一步发展。本刊将对这方面的有意义进展,给予及时的报导,以便从事压力容器设计、研究、制造、检验的广大工程技术人员,互通情报、相互讨论,为促进化工设备设计工作的繁荣发展,作出共同努力!     

超高压容器的断裂失效准则设计

为使超高压容器既有足够的强度储备又能确保最大漏检缺陷不扩展,本文运用可靠性理论和断裂力学方法,对超高压容器的安全系数和断裂失效准则设计法进行了探讨。     

压力容器设计中对"保证值"的考虑

结合99版《压力容器安全技术监察规程》的新要求和GB150-1998《钢制压力容器》及HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》的内容，讲座了压力容器设计中涉及到“保证值”的标注时，需要考虑的一些问题。     

“倾角错绕”扁平钢带高压容器的结构特性和强度设计

“倾角错绕”扁乎钢带高压容器,简称扁平统带式高压客器,是在毛主席革命路线指引下,于1965年由我国首创研制成功的一种新型高压容器。十几年来我国已成功制造和安全使用1000多台这种绕带容器,实践证明是一种“多快好省”的优良高压容器结构,在生产效率、制造成本和使用安全性等主要方面,与热套式容器这种国际上的先进结构相比,也具有突出的优点。本文在概要介绍高压容器的特点、主要结构型式和国际上的发展趋势的基础上,着重介绍扁平绕带式高压容器的结构原理、特性分析比较、安全性能实例和容器三种强度设计公式推导与计算实例,其中包括一种使用特别安全的“低应力内筒”绕带容器的强度设计。扁平绕带式这种优良的压力容器结构,终将日益为人们所了解和不断在大直径、高温、高压与耐腐蚀、耐辐射等多种场合得到推广应用。     

加氢站高压储氢容器安全性分析

氢能作为“能源互联网”的纽带,不仅来源广泛、低碳环保、灵活高效、应用场景多,还便于储备和运输。氢气储运是氢能发展中的重要环节,而高压储氢容器的安全性是长期困扰氢气储运的问题。以加氢站固定式高压储氢容器为研究对象,针对不同结构的加氢站系统,总结了其中储氢容器的特点。对近3年储氢系统中高压储氢容器发生的事故进行汇总,从设计、配件、设备、人才方面存在的安全问题进行分析,并提出安全性相关的建议,对未来高压储氢容器的发展方向进行了展望。     

北京橡胶工业研究设计院承接压力容器设计业务

根据北京橡胶工业研究设计院《压力容器设计资格申请报告》提出的申请,经化学工业部审查批准、报国家劳动人事部锅炉压力容器安全监察局备案、北京橡胶工业研究设计院可承担“类同橡胶制品工厂工程设计和设备设计中,第一类低压容器、低级压力容器以及第二类中压容器”设计。所批准的压力容器设计单位批准节编号为RSPHGS—012,凡符合上述压力容器设计范围内的业务,我院均可为用户服务。     

宇航用球形容器接管部位广义满应力设计

把压力容器设计中应力分类和应力评定的规则同结构优化中的满应力设计概念结合起来,建立了广义满应力设计方法,并用这一方法对超高强度钢制宇航用球形容器的上下接管部位进行优化设计和制造。实际检测和试验表明,这一设计不仅比原设计减轻了重量,而且提高了爆破压力。     

压力容器设计的安全经济性

压力容器的正确设计是压力容器制造、使用的重要前提。除了要确定合理的容器结构以外,在设计时必须保证受压元件有足够的强度及必要的安全裕度。我国《钢制石油化工压力容器设计规定》(简称《设计规定》)和《压力容器安全监察规程》(简称《监察规程》)对压力容器的受压元件都相应规定了强度计算公式或要求。安全可靠是压力容器的必备条件,但是在设计中还应综合考虑压力容器的经济合理性。也就是说,对容器的类属、腐蚀裕量、最佳尺寸和标准化设计等均应兼顾。     

对GB151-1999的几点看法

本刊２００１年第六期发表了《对ＧＢ１５１ -１９９９标准若干问题的质疑》 ,引起本人的一些共呜。下面就谈几点意见。（１）本版和ＧＢ１５０一样 ,都在总则中增加了“计算压力”一词 ,这也是我国压力容器标准的一个特色 ,在行业中设计人员曾多次建议过 (见《化工设备设计》１９９５年第５期“两腔压力容器设计中的一些问题”和“带夹套压力容器设计中的一些问题”和“带夹套压力容器设计的确定”)。人们建议增加“计算压力”的目的 ,是为了区别受压元件强度计算时所用的“设计压力”与容器的“设计压力”的不同 ,以利于容器的选材、类别…     

考虑破损安全的民机复合材料典型连接区结构优化设计方法研究

针对民用飞机复合材料典型连接区结构,根据适航条款的有关要求,对于失效后能够引起灾难性事故的结构必须依据适航要求开展损伤容限分析评估,其中破损安全性能分析是损伤容限分析评估的重要组成部分。典型复材重要连接区,需定义为破损安全-多传力路径结构,对于破损安全设计要求,考虑一个结构单元由于任何原因失效,其剩余结构必须能够在一定时间段内承受限制载荷直到损伤/破坏在规定的维修计划(间隔)中被发现。对于多传力路径要求,在一条传力路径失效后,载荷能够通过剩余传力路径进行重新分配。本文首先在优化初始构型的基础上,详细定义了民用飞机复材典型连接区域的破损安全失效模式和分析场景。围绕初始优化构型,基于破损安全分析范畴定义,建立了破损安全强度分析方法,并开展了相关破损安全强度计算,识别出初始优化构型安全裕度薄弱的位置并进行补强。所提方法有助于暴露初始强度设计的薄弱位置,并有效提高复材典型连接区结构的破损安全性能。     

PC-1500机外压容器设计程序

程序说明在石油化学工业中由于工艺流程需要设置承受负压或外压的容器。圆筒形容器承受外压作用时,会因容器丧失稳定,产生褶皱而破坏。外压容器的设计需要进行试差运算,也就是试定壁厚后,进行稳定性校核计算.如不合格,则必须增加壁厚,并重复进行计算,通常我们还可采用加强圈来提高容器抵抗失稳的能力。外压容器的设计及加强圈的刚度校核工作是比较繁复,为了便于工程计算,设计出安全又经     

超高压容器密封设计分析

引言超高压容器设计中,密封设计是关键技术之一。我国《钢制石油化工压力容器设计规定》给出了密封设计计算公式,现在看来还不十分完善,有关文献进行的分析,以及所提供的设计计算公式也存在类似的问题。因此,结合近来所进行的一项超高压容器分析鉴定工作,对超高压容器的密封问题进行了新的探讨。偿试采用新的“力封闭链环”的概念进行力传递分析,通过对各种常见的超高压容器密封的分析归纳,得出了一套通用的设计计算公式。并运用这些公式进行了一项实例计算,得到的结果基本上与实验观察相符合。     

浅淡圆筒体切向接管开孔补强常规设计

开孔补强是压力容器设计中较重要的组成部分,是保证容器安全操作的主要因素,本文对HGJ16-89《钢制化工容器强度计算规定》中“圆筒体周向斜接管开孔补强计算”提出看法,认为,限制条件应进行修改,对于切向接管在原限制条件基础上,d≥(D_(?))/4;应再增加一条,同时提出了圆筒体周向斜接长圆形截面接管的开孔补强方法,给合工程实例旋液分离器的开孔补强设计加以说明。最后对开孔补强设计提出了几点意见。     

压力容器不设置检查孔时的“计算厚度”

在压力容器中不设置检查孔所需标注的“计算厚度”,并非是GB150-89中的“计算厚度”,应考虑参与补强所需厚度这个因素。本文以工程中的一个实例分析,以期引起设计者的重视,以确保容器使用的安全。     

塔顶回流罐水包开孔嵌入式接管补强的讨论

开孔是压力容器的薄弱部位,而开孔补强则是容器设计中的一项重要内容。合理选择开孔补强结构关系容器建造的可靠性和使用的安全性,影响容器的本质安全。结合容器制造中一例卧式回流罐水包开孔嵌入式接管补强结构,对局部补强的补强圈结构与整体补强的嵌入式接管锻件结构进行了讨论,补强圈补强结构工程应用悠久,以结构简单、取材容易、制造方便而应用广泛并形成标准化,在以规则设计方法设计的低、中压容器中仍然可以作为容器的主要元件。     

对卧式容器叠置加强圈设计的探讨

本文是对大直径、大质量、薄壁容器卧式叠置加强圈的设计探讨。文章从力学建模、公式推导、强度计算以及实际应用等方面作较详细的介绍。采用这种设计既解决了叠加中的“扁踏”现象，又节约了工程投资和冷库占地面积。     

带接管凸形封头承载能力的研究

降低结构中金属耗量这一具有现实意义的课题可以通过充分利用高强度材料,以及改进并完善计算和设计方法来解决。现今,根据全苏国定标准ГОСТ14249-80的推荐,容器和设备的部件应按许用应力条件来计算。在这种情况下,容器承载能力的实际潜力将超过额定值。为了使容器承载能力的潜力能够较全面     

碳素钢和低合金钢容器通用设计图系列设计计算

本计算书是一机、燃化两部《1974年》“碳素钢和低合金铜容器通用设计图系列”的设计计算,以供参考。“容器通用设计图系列”的型式、基本参数和尺寸详见“碳素钢和低合金钢容器通用设计图系列选用说明”。