承受交变载荷时，裂纹、断裂
压力容器失效准则及设计理论基础
压力容器的失效形式
❖ 强度失效
爆破，过度变形
❖ 稳定性失效
失稳
❖ 刚性失效
泄漏（法兰），变形
❖ 疲劳失效
疲劳裂纹、开裂
❖ 腐蚀失效
均匀腐蚀（以腐蚀裕量解决） 晶间腐蚀（超低碳不锈钢） 应力腐蚀（H2S、NH3等介质，拉应力和腐蚀介质共同作用）
压力容器的概念
正确使用法规、标准、规范
❖ 法规与标准、规范的关系 ❖ 正确使用标准规范（摘自ASME前言）
压力容器的建造包括选材、设计、制造、检验、试验等一系列工作内容 标准规范包括了对压力容器建造工作的如下三方面的基本内容：强制性要
求，特殊禁用规定，非强制性指南 标准规范不可能涉及容器建造的所有方面、细节，对于那些没有提及的内
容不应该认为是被禁用的 标准规范不是手册，它不能替代培训、经验和工程评价 工程评价是由知识渊博、熟悉标准应用的设计师作出的技术评价，必须同
标准规范的原则相一致，绝不能以工程评价或经验为借口来否定标准规范 的强制性要求或特殊禁用规定 设计和分析所用工具和方法是随着技术进步而变化的，希望工程师们在应 用这些工具时作出可靠的判断 标准所制定的规则，不能理解为任何一种专有或特定的设计准则，不能限 制设计人员自行选择符合规范规则的设计方法或结构形式。
压力容器失效准则及设计理论基础
强度理论
❖ 最大主应力理论——第一强度理论
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当最大拉应力达到某一极限值时材料失效，理论上适用于脆性材料
❖ 最大拉应变理论——第二强度理论
当最大拉伸应变达到某一极限值时材料失效，不适用于金属材料
❖ 最大剪应力理论——第三强度理论
处于复杂应力状态下的材料，当其承受的最大剪应力达到某一极限状
边缘区域总体上不考虑边缘应力的影响（锥壳除外）：封头与筒体分 别计算，不考虑结构不协调而引起的应力
❖ 确定材料许用应力的安全系数
对于板材、锻件、管材和密封螺栓具有不同的确定许用应力的系数 螺栓因工作条件不明确无法预测，因此安全系数较大 直径越小的螺栓安全系数越大，是因为过力超载更容易拧断
GB150 钢制压力容器
压力容器的概念
压力容器的划定范围
❖ 受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部件 ，如容器壳体元件、开孔补强圈、外压加强圈等
❖ 非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为整体，不 承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如支座、吊耳、垫板 等
❖ GB150和《容规》明确规定了压力容器的范围，是指壳体及其连 为整体的受压零部件（受压元件）
压力容器的概念
压力容器的分类
❖ 根据生产过程作用原理：反应压力容器（R），换热压力容器（E ），分离压力容器（S），储存压力容器（C，其中球罐B）
❖ 根据设计压力p等级：低压（0.1MPa≤p<1.6MPa），中压（ 1.6MPa≤p<10MPa ），高压（ 10MPa≤p<100MPa ），超 高压
Steel pressure vessels
主要内容
1、总论 2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
主要内容
1、总论
2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
❖ 图面技术要求与内容
制造要求，焊接要求，检测要求，检验要求 技术特性表（设计数据表），管口表
❖ 工作流程：工程图，施工图，竣工图
压力容器的概念
压力容器的设计管理
❖ 设计管理制度
设计人员条件 设计人员业务考核 设计人员岗位责任制 设计工作程序 设计条件的编制与审查 设计文件的签署、标准化审查、质量评定 设计文件的管理、更改、复用 设计资格印章的使用与管理 等等
态时，材料进入塑性流动而失效 工理论——第四强度理论
考虑了三个主应力对材料强度的共同影响
压力容器失效准则及设计理论基础
GB150压力容器常规设计
❖ 基于第一强度理论，弹性失效，不允许进入塑性变形 ❖ 结构部件的应力状态计算
薄膜无力矩理论：将整体部件视为厚度方向应力相同的薄膜，只能承 受拉、压应力，不能承受弯曲应力
❖ 根据《容规》分为一、二、三类压力容器，其中三类压力容器为介 质危害程度高或材料强度级别高或其它原因技术要求较高而不允许 微量泄漏的容器
❖ 根据压力容器压力管道设计许可证分类：A1、A2、A3、A4，C1 、C2、C3，D1、D2，SAD
❖ 根据压力容器制造许可证分类： A1、A2、A3、A4、A5，B1、 B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2
压力容器的概念
压力容器
❖ 盛装压力介质的密闭容器 ❖ 尺寸容积形状，压力和温度条件，介质，制造材料
涉及压力容器的基本法规和标准
❖ 《特种设备安全监察条例》，国务院，2019.6.1 ❖ 《压力容器安全技术监察规程》，国家质监总局，2000.1.1 ❖ 《压力容器、压力管道设计单位资格许可与管理规则》，2019.1.1 ❖ 《锅炉压力容器制造监督管理办法》，2019.1.1 ❖ GB150《钢制压力容器》 ❖ JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》 ❖ JB/T4735《钢制焊接常压容器》 ❖ GB151《管壳式换热器》
压力容器失效准则及设计理论基础
失效准则
❖ 强度失效准则
弹性失效准则：GB150，不允许材料进入塑性变形 塑性失效准则：JB4732，全截面屈服进入塑性状态方为失效 爆破失效准则：超高压容器设计，材料应变强化、断裂方为失效
❖ 刚性失效准则
刚性不足，屈曲、跨塌（外压失稳）
❖ 疲劳断裂失效准则
压力容器的概念
压力容器的设计
❖ 各级设计人员：设计，校核，审核，批准（设计技术负责人），审 定（技术总负责人，总工程师）
❖ 设计任务书：标识，结构，介质，管口表，操作条件，设计条件， 设计寿命，主材，载荷条件，其它
❖ 设计文件：
设计任务书 计算书 图样：总图，装配图，部件图，零件图，等 说明书