又一波福利来袭|15道答辩试题再次放送！

① 结构设计：根据设计要求确定压力容器的结构形式，利用分析设计标准中的厚度计算公式或图表，计算壳体、封头、法兰等受压元件的厚度，再详细考虑需要做应力分析的部位；

② 建立力学分析模型：根据容器结构、载荷及边界条件的复杂性选用合适的分析方法，较简单的可用解析法，复杂的采用数值方法。力学分析模型包括几何模型、容器所承受的载荷及边界条件；

③ 应力分析：按弹性理论分析容器各重要部位的应力；

④ 应力分类：将计算出的应力按P（Pm、PL、Pb）、Q及F进行应力线性化分类；

⑤ 应力强度计算：按照第三强度理论σ₁₃=σ₁-σ₃给出的步骤计算应力强度；

⑥ 应力强度校核：按标准进行应力强度校核。若校核不合格，应较大厚度或改变结构，并重新进行应力分析。

注：以上是基于线弹性分析，在JB4732标准的修订过程中会引入非弹性分析：极限载荷分析与弹塑性分析。

WRC107公报于1965年发表，给出了圆柱壳和凸形封头接管局部应力计算方法，该公报未给出接管的应力，在大部分情况下计算的壳体应力往往偏小；不能反映接管壁厚对壳体应力的影响，但实际上，随着接管壁厚的增加，接管对壳体的支撑作用增加，与之连接处的壳体上的薄膜应力就会随之下降，而表面弯曲应力可能升高。

WRC297公报是对WRC107公报的一个补充，给出了圆柱壳上接管局部应力计算方法，是基于Steele教授的理论提出的，考虑了壳体上开孔与接管壁的约束作用，该方法计算的表面应力往往偏大，使得设计过于保守。

EN13445中给出了不同于以上两种方法的局部应力计算方法，该方法对结构的几何尺寸给定了一个很宽的适用范围。EN 13445 标准计算结果未给出圆柱壳与球壳的薄膜应力，以实际载荷与极限载荷的比值来确定壳体的强度是否足够。

清华大学薛明德教授对圆柱壳开孔进行了一系列理论研究，发布了指导性技术文件CSCBPVTD 001—2013《内压与支管外载作用下圆柱壳开孔应力分析方法》，该方法具有适用参数范围广（适用的开孔率可达0.9）、考虑载荷条件全面、计算精度高等特点，为圆筒径向开孔接管应力分析和结构设计、优化提供了快捷、可靠的途径和依据。

疲劳强度减弱系数定义为：Kf=无应力集中时的疲劳强度/有应力集中时的疲劳强度，代替理论应力集中系数Kt来衡量疲劳强度的降低程度。实际的削弱不仅与局部地区的几何尺寸有关，而且还与应力峰值大小、应力梯度、材料的种类、载荷类型以及变形累积情况都有关系。

在对疲劳容器进行有限元分析时，疲劳强度减弱系数法可以帮助确定容器各部分的初设值，从而减少了许多计算量；对一些低压可以类比的疲劳容器可利用疲劳减弱系数法进行疲劳估算，可免除有限元计算，方法简单可靠。

低周疲劳：断裂寿命较短，寿命为10²~10⁵循环，断裂应力水平较高，σ≥σs,往往有塑性应变出现，也成为高应力疲劳或应变疲劳。特点：每次加载循环的前半周（加载）和后半周（卸载）在结构同一部位相继产生方向相反的塑性变形；每次循环总的塑性变形接近于零，但每半周塑性功不为零；拉伸时塑性功为正，压缩时塑性功也为正。这就是损伤的根源，将导致裂纹萌生、扩展直到贯穿整个断面，最终出现泄漏或断裂。

在恒定的内压和温度载荷的共同作用下，内压应力保持不变。当温度应力交变时，将在结构的不同部位产生塑性变形及不可逆积累，在加载时变形增大，而卸载时变形不能恢复。就像机械中的棘轮一样，只能朝一个方向转动而不能倒退，因此称为棘轮现象。变形特点：每次加载循环的前半周和后半周在结构的不同部位轮流产生变形，而低周疲劳时是在同一部位。

当结构承受交变载荷时，局部应力对结构承受疲劳载荷的能力起着显著的作用，因此，在结构设计上应避免使结构产生过大的局部应力峰值，如下结构应尽量避免使用：

①垫板补强等非整体连接件；

②管螺纹连接件，特别是直径超过70mm者；

③部分熔透的焊缝如垫板不拆除焊缝和一些角焊缝形式；

④相邻元件厚度差过大的结构。

① 焊缝余高要打磨平滑，以尽可能减小应力集中；

② 几何不连续处，尽可能采用圆滑过渡；对于填角焊缝，需打磨至所要求的过渡圆弧并经磁粉检测；

③ 焊缝需100%无损检测，因此在结构设计时，必须考虑到此点要求；

④ 容器组装后，需进行600~650℃的消除残余应力热处理；

⑤ 对于采用高强度低合金钢制作的容器，宜在焊后立即进行200~300℃的消氢处理，以减小延迟裂纹的产生，提高焊缝区的疲劳强度；

⑥ 严格控制错边量，不允许进行强力组装；

⑦ 钢板边缘和开孔边缘，焊前着色检查；

⑧ 不得采用硬印作为材料和焊工标记。

只有材料具有较高的韧性，允许出现局部塑形变形，上述应力分类才有意义，若是脆性材料，一次应力与二次应力的影响没有明显不同，对应力进行分类也就没有意义了。应力分析的目的就是求出结构在承受载荷以后，结构内应力分布情况，找出最大应力点或求出当量应力值，然后对比进行评定，以把应力控制在许用范围以内。

应力分类的总原则是“等安全裕度原则”，即合理的设计应使结构内部各部位处的安全裕度均相等。这样就可以避免潜在的薄弱环节或多余的材料浪费。需要判断求解出来的各类名义应力对结构破坏的危险性，主要根据以下2个判据：1）应力的作用和性质；2）应力的分布规律和影响范围。

应力分类的主要步骤是：1）对实际的工程结构进行详细的弹性应力分析，写出应力分析报告；在进行应力计算时，建议分别计算由外载荷引起的机械应力和由温差引起的热应力，因为热应力（包括薄膜应力和弯曲应力）全部属于自限性应力，一次应力仅包含在机械应力之中；2）根据应力分析报告给出的应力分布规律选择进行应力强度校核的各截面位置。

对于位移法：位移模式只要满足完备性条件和协调性条件，在尺寸单元充分小时，有限元的解便充分接近真实值。位移插值函数的完备性和协调性必须得到满足。在进行有限元分析时，需要对边界条件进行正确的设置。除了上面的位移法以外，还有力法、杂交法与混合法。

平板曲率无限大，其在受力的v时候主要承受弯曲应力；壳体主要承受薄膜应力。

等面积补强法是基于开孔大平板的薄膜应力状态假设。大开孔的孔边会存在较大的弯曲应力，受力状态偏离薄膜应力状态过大，故不能适用。应采用应力分析法计算，如CSCBPVTD 001—2013或有限元分析等。

降低应力集中；冷作硬化处理：常用喷丸方法来改善结构的疲劳强度；机械超载（自增强）；消除残余应力的热处理，等。

几何非线性是指迭代计算过程中，刚度矩阵随单元节点的位移而不断调整（方程平衡解→更新节点位移→更新刚度矩阵→新的平衡方程→方程平衡解，如此迭代），能够直接计算结构在变形过程中的刚度弱化或强化效应。几何非线性在ANSYS中表现是否开启大变形选项。初始缺陷与几何非线性无关。

极限载荷分析：采用的是理想弹塑性模型，基于小变形理论；

弹塑性分析：采用的是真实的应力应变曲线，基于大变形理论；

① 对该容器的载荷进行分析，考虑需要计算的工况，对于疲劳容器一般需要在设计工况下对其进行强度校核，其次是在操作工况下对其进行疲劳强度评定，当有多个循环工况时，还需要考虑累积疲劳损伤；

② 建立有限元模型，可以根据模型和载荷的对称性，对模型进行适当的简化；

③ 建立完模型对其进行网格划分，尽量采用六面体进行网格划分，节省计算量；

④ 施加载荷与边界条件，需要考虑内压、接管等效压力、接管外载荷、介质自重（可以通过施加随高度变化的液注静压力模拟或者施加等效的密度）、考虑地震载荷等；

⑤ 首先在设计工况下进行求解，求解完成之后进行应力线性化，对应力进行强度评定；若有计算不通过的情况，需要对结构进行优化设计，重新计算直至评定通过；

⑥ 在操作工况下进行疲劳强度评定，分析完成之后，提取结构产生的最大应力幅值，按照JB4732进行应力幅值的修正，并查取相应材料的疲劳强度设计曲线，获得结构许用的循环次数，看是否满足设计要求。