新版4732标准报批稿中存在的一个重大争议，需特别注意！
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本文探讨的是关于新版分析设计标准报批稿中对于SⅠ、SⅡ、SⅢ、SⅣ许用极限取值的问题，笔者为更好的对比说明，表述的有点啰嗦，内容较多，需要朋友们耐心看完。之前已有同行在公 众号中对这个问题进行了探讨，笔者觉得特别重要，有必要把这个问题再一次抛出供更多的朋友们进一步探讨，希望更多的朋友们能发表一下自己的理解和看法！
老标准中关于许用极限的规定
JB4732-1995（2005年确认）标准中对一次总体薄膜应力强度SⅠ、一次局部薄膜应力强度SⅡ、一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ、一次加二次应力强度的SⅣ许用极限规定如下：老标准中，对于SⅠ、SⅡ、SⅢ许用极限的规定均是以设计温度下材料的设计应力强度为准，乘以对应的系数；对于SⅣ许用极限的规定是以循环中最高与最低操作温度下材料下设计应力强度平均值的3倍。可以看到：老标准中对于许用极限的规定简单、直接又统一，全部是以对应温度下的设计应力强度Sm为基准进行评定，一直以来，大家也都是这么执行的，没有任何争议。
本文中所列的问题是报批稿中的规定，报批稿中关于一次总体薄膜当量应力SⅠ、一次局部薄膜当量应力SⅡ、一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲当量应力SⅢ、一次加二次应力范围的当量应力SⅣ许用极限规定如下所示（新标准中采用的是第四强度理论，所以叫当量应力，不再叫应力强度了）：新标准中按照ASME Ⅷ-2的规定作了修改，更为明确的对许用极限的取值进行了区分，这显然是一件好事，可以让设计人员从背后的原理上更为深刻的认识和理解为什么要如此区分和取值。笔者便将上述规定拆分和理解，供朋友们探讨：（1）新标准对SⅠ许用极限的规定与老标准一致，与ASME Ⅷ-2的规定一致，所以无任何偏差和争议； （2）新标准对SⅡ、SⅢ、SⅣ的规定中，许用极限分a）、b)两种情况进行判定和取值，标准中未说明原因，笔者在此剖析说明一下这么规定的原因。首先，看一下许用应力的规定和来源，许用应力的取值是按几个强度参数除以安全系数后取的最小值，如下所示，这个大家都清楚和明白的，笔者就不再一一赘述了：
对于a）情况：其中之一规定是对于屈强比大于0.7的材料，SⅡ、SⅢ许用极限SPL应取Smt，这条限制的原因笔者的理解是对于高屈强比（＞0.7）的高强度钢材料，许用应力Smt是由室温下的抗拉强度决定的，而不是室温或设计温度下屈服强度决定的，即此时的Rm/2.4是小于Rel(Rp0.2)/1.5的，Smt=Rm/2.4，所以这种情况下，对于SⅡ、SⅢ许用极限SPL的取值应按小值1.5Smt来确定，若按屈服强度，则是大于1.5Smt的，安全性则降低了，偏不安全。比如：材料室温下抗拉强度为400Mpa，设计温度下屈服强度为300Mpa，此时屈强比为300/400=0.75＞0.7，其设计应力强度Smt=min(400/2.4=167,300/1.5=200)=167Mpa，此时SPL应取1.5×167Mpa=250.5Mpa，而不是屈服强度300Mpa。同时a）条还规定，当许用应力与时间相关时，也应取1.5Smt，此条规定针对的是有高温蠕变的情况，即当许用应力是由10万小时的持久强度或蠕变极限决定的，而不是由抗拉强度和屈服强度决定时，很明显也应该取小值1.5Smt，而不是直接取屈服强度，否则也是偏不安全的。对于SⅣ许用极限SPS取3Smt规定的原因与上述相同。综上，对于高屈强比（＞0.7）由抗拉强度或由蠕变决定材料许用应力的时候，SⅡ、SⅢ、SⅣ的许用极限SPL、SPS均应以许用应力Smt乘以对应的系数，而不是直接取屈服强度，其本质是针对高屈强比的材料。 对于b）情况：新标准规定直接取设计温度下的屈服强度，其实就是除a）以外，其余材料便可直接取屈服强度，此条规定的原因是因为除过a)条以外的材料均是由屈服强度决定许用应力的，这时候Smt=Rel(Rp0.2)/1.5，与其它强度参数无关，故便可直接取屈服强度，其实本质上与1.5Smt是相同的，因为此时1.5Smt就等于屈服强度。比如，材料室温下抗拉强度为500Mpa，设计温度下屈服强度为300Mpa，此时屈强比为300/500=0.6＜0.7，其设计应力强度Smt=min（500/2.4=208,300/1.5=200）=200Mpa，此时SPL可直接取屈服强度300Mpa，也即1.5×200Mpa=300Mpa，值是相同的。综合对a）、b）两种情况规定的分析，SⅡ、SⅢ许用极限SPL无论是按a）条取1.5Smt，或是按b）条直接取屈服强度值，万变不离其综，最终回归的仍是1.5Smt，从这里来看，新标准中对于SPL的取值与老标准是一致的，似乎没有异议。那么，争议和问题出现在哪里呢？
新标准报批稿中问题所在
上文提到，新标准中对许用极限的取值虽然更进一步的作了区分，可以让设计人员从背后的原理上去认识和理解，原本是一件好事，但恰恰出现了一个漏洞，忽略了一个特别重要的点，就是下表中的注1。对于奥氏体不锈钢因为有应变强化，出现一定的塑性变形后，屈服强度反而会增加，如果仍按设计温度下屈服强度/1.5的准则来规定其许用应力的话，显得过于保守，所以一直以来标准都是将其许用应力作了特殊规定，有高、低许用应力之分，对于允许有微量永久变形材料的许用应力可提高到设计温度下0.2%非比列延伸强度的0.9倍（因为不锈钢无明显屈服强度，故按0.2%非比列延伸强度），即0.9Rp0.2t ，相比于其它材料，许用应力提高了1.35倍。
我们在用公式进行计算的时候，无论是GB/T150，还是JB4732，奥氏体不锈钢受压元件一般都是取高许用应力进行计算的（除过不允许有任何变形的，如法兰）。新分析标准中恰恰便是把这个重要点给漏掉了。通过前文的分析，按a）和b）条许用极限的取值剖析其原因虽然最终本质都是回归到1.5Smt，但a）条的本质又是针对高强度材料，有个前提条件是屈强比＞0.7。那么就出现了漏网之鱼，对于奥氏体不锈钢有高、低应力之分且屈强比＜0.7的情况，便被漏掉了。举例说明：比如S30408材料，按新标准室温下的抗拉强度是520Mpa，在200℃时0.2%非比列延伸强度是144Mpa，其屈强比为144/520=0.28＜0.7，高许用应力为130Mpa（0.9Rp0.2t），低许用应力为96Mpa（Rp0.2t/1.5），若按新标准需根据b）条来确定SⅡ、SⅢ的许用极限，其SPL应取设计温度下的屈服强度144Mpa，即是按低应力96Mpa的1.5倍，而不是按高应力130Mpa的1.5倍。此时矛盾便出现了，若我们按公式进行计算的时候，肯定是按高应力代入计算的，而若按有限元分析对SⅡ、SⅢ进行评定时，按新标准则是按低应力的1.5倍进行评定的，即SⅡ、SⅢ应小于1.5×96MPa=144MPa；老标准中则是一律以1.5Smt进行评定的，其中Smt默认肯定取高应力，则SⅡ、SⅢ应小于1.5×130MPa=195Mpa。对比可知：一是按新、老标准确定的许用极限值相差51Mpa，按老标准评定通过的时候，按新标准可能会不通过；二是新标准自身也存在矛盾，按新标准公式法计算能通过的时候，按有限元分析评定则可能会通不过。 除此之外，新标准在极限载荷分析中对奥氏体不锈钢屈服强度的取值也存在上述同样的问题。如下所示：当采用高应力作为许用应力时，屈服强度取高应力的1.1倍（即低应力的1.5倍），而不是高应力的1.5倍。
针对上述问题，已有朋友率先对新标准的公式法和极限载荷分析进行了对比分析，对比结果也表明：采用公式法计算能通过的结构，按极限载荷分析评定却是不通过的。
ASMEⅧ-2中的规定
针对上文提到的问题，我们再来看看ASMEⅧ-2是如何规定的，如下所示，SⅣ的规定就不再列出来了，是一样的。
ASME Ⅷ-2中也是分（a）（b）两种情况，可看到新版标准对此部分内容是参照ASME规范确定的，中文是博大精深的，但是英文在理解不到位的前提下直译，也会出现歧义和漏洞的。笔者在基于前文的理解和分析翻译如下：
一次局部薄膜当量应力、一次（总体或局部）薄膜加一次弯曲当量应力的许用极限SPL,按如下（a）（b）两条中计算的大值取值： （a）按附录3-A许用应力列表中许用应力的1.5倍；（b）按附录3-A列表中材料的屈服强度Sy（但是当规定的最小屈服强度与抗拉强度比值大于0.7时，或材料的许用应力值与时间特性相关时，应按（a）条执行）。
与ASME规定对比可知：新版分析设计标准是将（b）条中except部分内容移到（a）条中作为其前提条件了，便是这一挪导致的问题出现。（1）从ASME规范的表述可知：其实（a）条是针对所有材料的，包括（b）条中的except部分，而不是将except部分作为前提条件的。 （2）ASME规范（b）条中则是针对除过except部分的其余所有材料。 （3）ASME规范规定的许用极限取值是（a）和（b）条中的大值。
（4）ASME规范中虽然用（a）和（b）条进行了区分，但是通过分析可知，最后本质都是回归于1.5Smt，涵盖了所有情况，即按（a）和（b）条判断，最终都指向了1.5Smt，即按许用应力列表中查询相应温度下的许用应力值（对于奥氏体不锈钢是高应力）并乘以1.5即可，只是说明表述上作了区分，方便大家理解原因。举例说明：比如同样以上述的S30408材料，标准室温下的抗拉强度是520Mpa，在200℃时0.2%非比列延伸强度是144Mpa，其屈强比为144/520=0.28＜0.7，高许用应力为130Mpa（0.9Rp0.2t），低许用应力为96Mpa（Rp0.2t/1.5），按ASME规范来确定许用极限步骤如下：（1）按（a）条来确定许用极限，SPL应取设计温度下材料许用应力的1.5倍，此处的许用应力对于奥氏体不锈钢应取高应力值，即1.5×130MPa=195Mpa； （2）按（b）条来确定许用极限，SPL应取设计温度下的0.2%非比列延伸强度，即144MPa； （3）最终许用极限的值应取（a）和（b）条中的大值，即195Mpa。与老标准取值一致，而新标准取值则是前文的144Mpa。接下来，再看看ASMEⅧ-2中对于极限载荷分析的规定，如下所示：ASME Ⅷ-2对所有材料统一都是按1.5倍许用应力来确定屈服强度。而新分析标准中将奥氏体不锈钢进行区分，当取高许用应力时，按1.1倍的高许用应力，与ASME也是不一致的。
总结
（1）新版分析设计标准翻译时将except部分挪到（a）条中且将其作为前提条件，是导致出现问题的直接原因。如此，便与ASME规范的规定不一致了。（2）ASME规范的本质最终也是回归到1.5Smt，对于奥氏体不锈钢的高应力情况其实也是涵盖了（许用应力默认按高应力），没有漏洞。这么看来，老4732标准中的规定其实抓到了ASME规范的本质，直接一言以概括，以1.5Smt取值即可，简单明了，方便设计人员直接按许用应力表查询许用应力，然后乘以1.5就可以了，不必再去区分和分别判断了。（3）而新版分析标准本意是非常好的，能让工程设计人员从规定自身及背后原理去更好的认识和理解，不知是不小心出现的这个对奥氏体相材料的漏洞，还是此次新版修订刻意作了相对保守的规定。无论是什么原因，都需要特别重视一下，因为对于奥氏体相材料，若按新标准许用极限的确定方法和评定准则，则均是小于老标准ASME Ⅷ-2的，会出现按公式法、老标准或ASME Ⅷ-2有限元计算和评定能通过的结构，按新版分析设计标准则会不通过的情况，使得新标准与老标准、ASME Ⅷ-2有较大的矛盾和偏差。还是希望对这个有争议的问题能够给予明确合理的解释，给广大从业人员释疑解惑。
本文中的内容部分为笔者个人学习后的理解和困惑，限于笔者的专业水平和文笔水平有限，文中有表述不清楚的或不当之处还请不吝批评指正！
