郑伟 王宗宇（山东海成石化工程设计有限公司，山东 淄博 255400）

压力容器分析设计法运用

郑伟 王宗宇（山东海成石化工程设计有限公司，山东 淄博 255400）

安全、经济、绿色环保已经成为未来压力容器发展的重要方向。这就让人们向着压力容器向轻型化发展。从运用压力容器分析法、提高材料强度、降低安全系数及优化压力容器结构等方面实现压力容器壁厚的减薄，这些中设计分析法起到了无法替代的作用。

压力容器；安全；设计分析；优化结构

随着当今社会压力容器向着大型化以及应用领域的不断拓宽，装置向着大型化的发展趋势。重型设备、大型储罐等需求旺盛。这些导致设备厚度不断增加，同时很多设备需要特种材料，导致设备制造成本不断增加。为实现安全与经济同等重要，分析设计法的运用显得尤为重要。同时分析设计法的运用对于材料的安全系数的降低起到推动作用。这几年来，压力容器分析设计方法有了重大进展。现在具体阐述一下在设计过程中分析设计法的价值。

1 优化局部应力

在设计压力容器时，人们应用最多的是常规设计方法，此方法弹性失效准则是在设计过程中遵循的主要思想。虽然以行业标准规范为依据的设计方法在一定程度上可以保证产品的功能，但如果遇到局部受到较大应力的情况时，局部应力接近极限值，但容器的其它部位在受力上还有较大裕量。这种情况分析设计法能够很好的应对。

基于弹性失效准则的常规设计在压力容器设计中仍然有许多问题难以解决，由于压力容器壳体上的应力分布不均匀，那么设计中以最大应力位置进入塑性作为失效的依据太过于保守，这造成材料的严重浪费；压力容器的开口位置有应力集中问题；机械疲劳与交变载荷难以解决的问题。这些因素都影响压力容器的安全性和绿色环保。基于塑性失效准则的分析设计方法，即在压力容器设计中应用有限元软件ANSYS对压力容器进行结构优化，可以降低结构不连续区的最大应力值，能够更好的利用材料的承载性能，减薄壁厚，实现压力容器的经济性能，对于节能环保有着重要意义。

2 方法的选择

弹性分析的应力分类法在压力容器分析设计中的应用已十分普遍，但在一些情况下，不能准确地区分一次和二次应力的强度，如果按一次应力进行校核可能偏向于保守，按二次应力控制又偏向于冒进。实际使用中一次结构法使用起来比较复杂，因此我们需要寻找一种更加方便快捷的替代方法。如今随着工程实践和理论研究的进步，用以解决应力分类法不足之处的替代方法已逐渐成熟。遵循相关规范、ANSYS有限元软件应用等方面讨论了极限载荷法在压力容器分析设计中应用的方法及注意事项，从而大大提高了分析设计法的使用价值。

3 非线性有限元法在分析设计中的应用

线性分析法在如今已经渐渐不能满足设备多样化的需求，非线性通常采用分段线性化的思想，在使用软件设计时，可以将加载过程分解成若干个载荷。把每个载荷当作线性问题解决。然后吧结果累加从而得到非线性的结果。

4 疲劳设计校核

当前压力容器承受循环载荷的情况日渐增多，产生疲劳失效事故的几率在不断增加。在常规设计中，压力容器的受力是平稳的，没有波动。然而疲劳设备的受力是间歇的，压力、温度都在不断的变化。在此载荷的作用下受压元件的焊接接头周边。、结构不连续位置以及接管开孔周围等区域会产生很高的局部峰值应力。这些力很集中，甚至会达到总体薄膜应力的3-8倍，在此力的反复作用下，会导致容器最终反生疲劳断裂。疲劳设计校核的方法是一种先进的压力容器设计方法，它设计的基础就是分析设计。它遵守的原理是根据所有的温度、压力以及变化的载荷进行计算，从而得到累加的循环疲劳度。这种方法在现在的石油化工等领域应用广泛，并且越来越多的设备需要使用疲劳设计进行校核。

5 结构优化

应用结构优化进行压力容器分析设计具有工作量小，设计周期短，设备整体结构更加合理、简单以及高效。容器各部分结构尺寸通过结构优化的方法确定，更加有利于避免材料的浪费。如果我们能够再深入一步，设计人员预先编制好压力容器常用元件和局部结构的文件，和一个根据输入的设计条件和选定的原件的局部结构，电脑软件能够自动调用相应的分析文件和结构优化方法，就可以对常规压力容器进行应力分析计算，从而优化设计，为压力容器的安全、绿色环保奠定坚实的基础。压力容器结构的优化离不开设计分析法的支持。

6 结语

压力容器分析法的应用与进步是一项复杂而长久的工作，设计人员在理论计算、选材、结构设计等各项环节中应充分利用分析法的优点。在压力容器设计中我们除了严格按照标准进行正确设计以外，还应多借鉴他人的设计经验，促进压力容器分析法的发展，我相信在不久的将来在压力容器设计中，分析法会成为主流的设计方法，它将最终推动整个行业的进步，为压力容器的大型化做出贡献。

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