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.pdf
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1、ENENENENENENENEN压力容器标准与压力容器标准与压力容器标准与压力容器标准与 ASMEASMEASMEASMEASMEASMEASMEASME标准和我国标准和我国标准和我国标准和我国 标准的对比标准的对比标准的对比标准的对比 基于公式的设计和疲劳设计基于公式的设计和疲劳设计基于公式的设计和疲劳设计基于公式的设计和疲劳设计 秦叔经秦叔经 2006.82006.82006.82006.8 EN13445EN13445EN13445EN13445的地位的地位 可不做任何修改而成为欧盟成员国的国家标准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符合该标准即被认为
2、已满足标准中涉及涉及的的 97/23/97/23/97/23/97/23/EC EC EC EC 中的基中的基 本要求条款本要求条款 在在EN13445-Part 3 EN13445-Part 3 EN13445-Part 3 EN13445-Part 3 “ “ “ “DesignDesignDesignDesign” ” ” ”的的Annex ZAAnnex ZAAnnex ZAAnnex ZA中声明中声明, ,标准所对应标准所对应 97/23/97/23/97/23/97/23/ECECECEC 中的基中的基 本要求为其本要求为其 Annex I Annex I Annex I Anne
3、x I 的条款的条款2.2 2.2 2.2 2.2 和条款和条款7 7 7 7(有关设计强度、设计计算方法、材(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)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 证明符合证明符合97/23/97/23/97/23/97/23/ECECECEC的有关条款要求,如设计计算需考虑的因的有关条款要求,如设计计算需考虑的因 素包括:素包括: 载荷载荷 失效模式失效模式 材
4、料强度材料强度 计算方法计算方法 安全裕度安全裕度 需考虑的需考虑的基本基本失效模式失效模式 1)1)1)1) 总体塑性变形总体塑性变形 2)2)2)2) 塑性破坏(爆破)塑性破坏(爆破) 3)3)3)3) 累积塑性变形累积塑性变形( ( ( (棘轮现象和正、反向反复屈服棘轮现象和正、反向反复屈服) ) ) ) 4)4)4)4) 弹、塑性失稳弹、塑性失稳 5)5)5)5) 疲劳破坏疲劳破坏 注:注:1. 1. 1. 1. 失效模式失效模式 2 2 2 2)包括在失效模式包括在失效模式 1 1 1 1)中;中; 2. 2. 2. 2. 当量循环次数当量循环次数不大于不大于500500500500
5、,可不考虑疲劳破坏。,可不考虑疲劳破坏。 3. 3. 3. 3. 设计人员还需考虑可能发生的其他失效模式设计人员还需考虑可能发生的其他失效模式 EN13445 EN13445 EN13445 EN13445 的基本思想是针对结构可能出现的失效模式,采用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合适的设计计算方法,使结构具备足够的强度以避免失效 ENENENEN标准中按公式设计(标准中按公式设计(DBFDBFDBFDBF)、)、按分析方法按分析方法 设计(设计(DBADBADBADBA)和疲劳设计之间的关系和疲劳设计之间的关系 97/23/9
6、7/23/97/23/97/23/EC EC EC EC 规定可采用的设计计算方法包括规定可采用的设计计算方法包括 1)1)1)1) 按公式设计按公式设计(DBFDBFDBFDBF) 2) 2) 2) 2) 按分析方法设计按分析方法设计(DBADBADBADBA) 3) 3) 3) 3) 按断裂力学方法设计按断裂力学方法设计 注注: : : : 在满足在满足 97/23/97/23/97/23/97/23/ECECECEC基本要求的前提下基本要求的前提下, ,以上三个方法可相互替代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疲劳设计方法应是
7、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:可以在以下情况下考虑采用分析方法设计: 1)1)1)1) 对于某一结构,标准中没有给出公式设计方法对于某一结构,标准中没有给出公式设计方法 2)2)2)2) 不能满足一般制造要求的特定情况不能满足一般制造要求的特定情况 3)3)3)3) 叠加了环境效应(如风、雪、地震,等等)的载荷工况,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。作为一种补充设计方法。 EN13445EN13445EN13445EN13445中按公式设计方法的特点中按公式设计方法的特点 较多的采用了经典板壳
8、理论推导的结果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 虑较为全面虑较为全面, ,一般一般同时考虑了总体塑性变形和累积塑性变形的同时考虑了总体塑性变形和累积塑性变形的 失效模式失效模式 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比较适合利用计算机进行辅助设计 一些实例一些实例 1)1)1)1) 碟形封头碟形封头 P P P Pz z z zf f f f R R R RP P P P e e e es
9、s s s 5 . 02 = (球冠部分防止塑性破坏所需的壁厚)(球冠部分防止塑性破坏所需的壁厚) () f f f f D D D DR R R RP P P P e e e e i i i i y y y y 2 . 075. 0+ = (折边部分防止发生轴对称屈服所需壁厚)(折边部分防止发生轴对称屈服所需壁厚) () += 5 . 1 1 825 . 0 111 2 . 075. 0 r r r r D D D D f f f f P P P P D D D DR R R Re e e e i i i i b b b b i i i ib b b b (折边部分防止发生塑性失稳所需壁厚)
10、(折边部分防止发生塑性失稳所需壁厚) 注:注:1)1)1)1) 当当e e e ey y y y 大于大于0.5% 0.5% 0.5% 0.5% D D D Di i i i 时,不需计算时,不需计算 e e e eb b b b ; ; ; ; 2)2)2)2) 为为 e e e e/ / / /R R R R 和和 r r r r/ / / /D D D Di i i i 的函数。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: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: =08. 0 5 . 0 K K K K D D D Dr r r r i i i
11、i ()02. 044. 0+=K K K KD D D DR R R R i i i i 注:注:K K K K 为长短轴之比,为长短轴之比,1.7 1.7 1.7 1.7 K K K K 2.2 2.2 2.2 2.2 ASMEASMEASMEASME 标准和我国标准对椭圆封头的计算方法标准和我国标准对椭圆封头的计算方法 6 . 2 2 1 5 . 02 = h h h h D D D D p p p p KpDKpDKpDKpD i i i i t t t t i i i i 适用范围 2) 2) 2) 2) 锥形封头计算锥形封头计算 适用范围为半锥角不大于适用范围为半锥角不大于7575
12、7575 ; ; ; ; 对是否采用折边没有限制条件对是否采用折边没有限制条件; 按有力矩理论及按有力矩理论及 3 3 3 3f f f f 强度条件强度条件( ( ( (安定性条件安定性条件) ) ) )推得锥形封头与筒体连接处推得锥形封头与筒体连接处 所需的加强壁厚和加强长度所需的加强壁厚和加强长度 3)3)3)3) 外压筒体计算外压筒体计算 直接采用直接采用 MisesMisesMisesMises 公式计算得到理论许用外压公式计算得到理论许用外压 P P P Pm m m m 取材料正好发生屈服时的外压力为取材料正好发生屈服时的外压力为P P P Py y y y,则则P P P Pm
13、 m m m/ / / /P P P Py y y y = = = = / / / / y y y y 实际许用外压为实际许用外压为P P P Pr r r r,则则P P P Pr r r r/ / / /P P P Py y y y = = = = / / / / y y y y 两个比值的关系曲线与弹性模量和屈服点无关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弹性阶段,该曲线可适用于任何材料; ;在塑性阶段,在塑性阶段,EN13445 EN13445 EN13445 EN13445 假定所有假定所有 的材料取相同的本构关系的材料取相同的本构关系 4)4
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