徐輝 李慶智

【摘要】 在壓力容器的設(shè)計(jì)中，機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，一般情況下，科研人員在進(jìn)行壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要先進(jìn)行模型建立，再將其套用到生活中，但是實(shí)踐表明這種簡單的可靠性設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中不具有實(shí)用性和普遍性，壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)往往需要根據(jù)容器實(shí)際情況進(jìn)行。隨著壓力容器在生活中應(yīng)用范圍的增加，人們對壓力容器的可靠性提出了更高的要求，目前壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)已經(jīng)成為科研人員研究的熱點(diǎn)問題。

【關(guān)鍵字】 壓力容器 機(jī)械強(qiáng)度 設(shè)計(jì)模型 存在問題 可靠性設(shè)計(jì)

在壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)中，尺寸是設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)參考的數(shù)據(jù)，科研人員必須根據(jù)不同壓力容器的實(shí)際情況對可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以將壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性分為設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-使用-保養(yǎng)等步驟[1]。機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的過程，本文首先對壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單的分析，并進(jìn)一步探討了進(jìn)行壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的方法。

一、壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

1、可靠性含義。壓力容器可靠性是指其在特定的情況下，能夠讓使用功能滿足用戶的需求，并且在使用的過程不發(fā)生故障性質(zhì)。與壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性存在密切關(guān)聯(lián)的因素有使用環(huán)境、環(huán)境溫度、消費(fèi)者使用需求以及應(yīng)力扥等，壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性和壓力容器的使用時(shí)間存在密切聯(lián)系，隨著壓力容器使用時(shí)間的延長，壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性逐漸降低，也正是由于有可靠性的存在人們才對壓力容器產(chǎn)生了使用壽命的認(rèn)識[2]。無論是電子產(chǎn)品還是人們?nèi)粘Ｉ钣闷?，研究可靠性都是非常有必要的。隨著國家經(jīng)濟(jì)水平和人們生活質(zhì)量的提升，人們對壓力容器的要求也越來越高，在科技發(fā)展的支持下，壓力容器可靠性得到了大幅度的提升，由于可靠性在一定程度上體現(xiàn)了一個(gè)國家的實(shí)力水平，因此產(chǎn)品的可靠性研究具有非常重要的意義。

2、理論基礎(chǔ)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)充分的考慮實(shí)際厚度和計(jì)算厚度的附加值。實(shí)際厚度的附加值是指筒體的腐蝕裕量和材料得到實(shí)際厚度誤差，材料的實(shí)際厚度誤差是根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的誤差范圍進(jìn)行計(jì)算[3]，而筒體的腐蝕裕量則指的是壓力容器中所裝的物體對材料腐蝕速率的影響和對壓力容器的預(yù)期使用時(shí)間的計(jì)算等。通過長期實(shí)踐研究表明，我國大部分的壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)，在對使用壽命進(jìn)行計(jì)算的彈性失效的中徑公式都是將其設(shè)為極限情況，計(jì)算并沒有考慮到腐蝕裕量，所以所得出的結(jié)果與實(shí)際存在差別。一般情況下壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)可以分為6個(gè)步驟：（1）計(jì)算壓力容器的可靠度和強(qiáng)度系數(shù)；（2）根據(jù)公式計(jì)算出容器的故障概率；（3）利用所計(jì)算出故障概率計(jì)算壓力容器的可靠度；（4）計(jì)算出生產(chǎn)材料能夠承受的負(fù)載強(qiáng)度；（5）計(jì)算出壓力容器的應(yīng)力均值；（6）利用計(jì)算出的各項(xiàng)結(jié)果確定壓力容器的預(yù)算厚度[4]。

二、進(jìn)行壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的基本方法

1、注重極限情況。在壓力容器使用的過程中，筒體的厚度會發(fā)生較大的變化，并且其也會在筒體應(yīng)力的作用下發(fā)生一定的改變，所以進(jìn)行壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)，需要充分的考慮壓力容器所裝物體對筒體的腐蝕速率。科研人員在應(yīng)用公式對壓力容器使用過程中的筒體厚度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須注重可靠性受到破壞的情況：a、壓力容器筒體發(fā)生屈服失效；b、壓力容器筒體發(fā)生斷裂；科研人員必須仔細(xì)分析壓力容器在極限情況下失效問題，最大限度的提升壓力容器的抗壓值，提升壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性。

2、精確計(jì)算壓力容器的筒體厚度。在二十世紀(jì)五十年代，科研人員在對路合金強(qiáng)度進(jìn)行研究時(shí)，變證明了在實(shí)際條件中材料腐蝕深度的分布，隨著研究范圍的擴(kuò)大，材料在實(shí)際情況下的腐蝕深度相應(yīng)的研究成果也越來越多。所以在進(jìn)行壓力容器腐蝕裕量計(jì)算時(shí)，可以計(jì)算出壓力容器最初的筒體厚度。如果某壓力容器的筒體厚度是23mm，根據(jù)蒙特卡羅的模擬方法可以計(jì)算出十年后該壓力容器的可靠性是0.9的五次方，大量實(shí)踐表明，壓力容器的厚度會隨著時(shí)間延長發(fā)生變化，但是需要注意的是，壓力容器在使用年限中應(yīng)當(dāng)保證可靠性在0.9五次方以上。

3、合理應(yīng)用受壓材料。受壓材料對壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性的影響較大，因此受壓材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)根據(jù)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)度、設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行計(jì)算，一方面受壓材料還會受到介質(zhì)易燃、易爆特性的影響，壓力容器所使用的材料必須滿足國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際應(yīng)用的需求。另一方面，科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)對壓力容器的可靠性也存在一定的影響，需要加以重視。

結(jié)語：現(xiàn)階段我國在壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)方面較為隨意，沒有明確的規(guī)定。壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的主要目的是確保壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度能夠符合安全要求，外界環(huán)境、應(yīng)力和經(jīng)濟(jì)水平都是對壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的考量，所以加強(qiáng)壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)引起人們足夠的重視。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蔡克霞，王毅.壓力容器強(qiáng)度可靠性平均安全系數(shù)校核[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35（12）：1496-1498.

[2]劉小寧，張紅衛(wèi)，劉岑等.鋼制壓力容器靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[C].//第七屆全國壓力容器設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)會議論文集.2010：86-93.

[3]駱曉玲，劉亮亮.復(fù)合材料壓力容器的性能分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，（5）：220-222.

[4]高炳軍，杜雅飛，劉鴻雁等.準(zhǔn)等強(qiáng)度原則下壓力容器不連續(xù)區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械強(qiáng)度，2006，28（3）：438-441.