压力容器的设计的七大准则

（1）弹性失效准则

    按照弹性强度理论，当容器上远离边缘地区的相当应力达到屈服时，即为容器承载的极限状态。

    它规定了屈服极限是容器失效的应力。考虑安全系数后，容器实际应力处在弹性范围之内。

    GB150对内压圆筒、内压凸形封头等元件的设计公式都是按弹性失效原理制定的。

（2）塑性失效准则

    该准则认为，容器上某一点达到屈服时，并不会导致容器的失效。只有当整体屈服时，才是容器承载的极限状态。

    它规定了全屈服压力是容器失效的最高压力。考虑安全系数后，可得弯曲应力的强度校核条件达1.5[o]'。

    对于脆性材料，尽管也是承受弯曲应力，但当器壁表面达σs，再继续增加外载荷时，器壁表面不能产生较大的塑性变形而将导致开裂。

    所以，仅从压力容器设计中引入塑性失效准则这一点考虑，选材时也要尽量将塑性较差的脆性材料排除在外，或采取相应的限制性措施。

    JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》提供了以塑性失效准则为基础的设计方法。

    GB150对平板、对整体法兰（包括按整体法兰设计的任意式法兰）连接的

    圆筒（或接管）颈部等元件的设计或应力计算公式，都是按塑性失效原理制定的。

（3）弹塑性失效准则

    弹塑性失效准则适用于反复加载过程。

    按照应力分类的概念，当容器边缘地区出现一定量的局部塑性变形时，即为容器承载的极限状态。

    它考虑到由于边缘应力产生过大的塑性变形时，将会加速疲劳破坏或造成脆性断裂。由于这一失效准则，允许结构有局部的塑性变形存在，且由于应力在结构各处的分布不均匀，局部塑性区为广大弹性区所包围，故称之为弹塑性失效准则。

    弹塑性失效准则也不适用于脆性材料。JB4732《钢制压力容器分析设计标准》提供了以弹塑性失效准则为基础的设计方法。

    GB150对内压锥形封头和圆筒的连接、无折边球形封头对圆筒的连接等件的设计公式和图表，都是按弹塑性失效原理制定的。

（4）疲劳失效准则

    该准则认为，容器在交变载荷作用下，当最大交变应力（在循环次数一定时）或循环次数（在最大交变应力一定时）达到疲劳设计曲线的规定值时，即为容器承载的极限状态。

    当设计规定要求考虑容器的疲劳问题时，除对容器进行强度计算外，还需进行疲劳设计，即进行容器寿命计算。

    “按分析设计”的容器设计规范包括疲劳设计方法。由于疲劳设计涉及弹塑性失效准则，所以将疲劳设计列人分析设计体系，应当采用JB/T4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》标准，它在选材、设计、结构、制造、检验等方面都严于按规则设计的GB150标准。

   应力循环次数超过105为高周疲劳，102~105为低周疲劳。JB/T4732—1995规定对于常温抗拉强度δb≤550MPa的钢材，疲劳循环次数小于1000次可免做疲劳分析。

（5）断裂失效准则

    是按照断裂力学概念，以造成容器低应力脆断时的应力或裂纹尺寸作为临界状态的一种计算准则。

    这种临界状态和相应的断裂失效准则有临界应力强度因子及K准则，临界裂纹张开位移及COD准则，临界J积分及J积分准则。

    断裂失效准则一般应用于带有超标缺陷的在役压力容器的评定，以判定该容器是否可以继续使用（有条件下的监督使用）或报废。

（6）蠕变失效准则

    这是容器处在高温工作下的一种设计准则。容器在高温和一定应力的长期作用下，塑性变形将不断积累。当其蠕变速率（或等效蠕变应力）达到一定值时，即为容器承载的极限状态。

    当碳素钢的温度超过300~350℃、低合金钢超过400℃、低合金铬钼钢超过450℃、奥氏体不锈钢超过550℃的情况下，考虑蠕变问题。

（7）腐蚀失效准则

    化工压力容器的腐蚀失效是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而产生破坏，它可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。

    对腐蚀失效的控制实质上就是根据介质特性正确地选用合适的材料及合适的防腐蚀措施。

    在通常情况下，均匀腐蚀失效的限制条件，实际上就是弹性失效准则的限制条件，即在按照最大主应力计算出壳体厚度的基础上增加腐蚀裕量；对于局部腐蚀，它不仅与容器的用材有关，而且与介质及其使用温度、压力、应力水平等有关，因此，局部腐蚀失效至今尚无统一的限制条件。

压力容器的设计准则主要包括以下七个方面，它们是：

（1）弹性失效准则：这种准则基于弹性强度理论，当容器内部的某一区域的应力达到材料的屈服强度时认为达到了极限承载状态。在设计中，必须考虑安全系数，确保实际应力始终位于弹性范围内。

（2）塑性失效准则：塑性失效准则认为，当容器某个点达到屈服状态并不意味着整个容器的失效，只有当整个容器都发生屈服时才认为达到了极限承载状态。这种准则下，全屈服压力是容器失效的最高压力限。

（3）弹塑性失效准则：适用于反复加载的条件，此准则考虑到当容器边缘区域发生一定量的局部塑性变形时，则可能会导致疲劳破坏或脆性断裂，从而到达极限承载状态。

（4）疲劳失效准则：这种准则适用于交变载荷情况，当容器承受的交变应力或循环次数到达一定的数值时，就认为达到了设计的极限疲劳寿命。

（5）断裂失效准则：基于断裂力学的概念，当容器内出现的裂纹达到某个临界尺寸或应力条件时，就会导致容器失效。这一准则通常用于带有已知缺陷的在役容器的安全评估。

（6）蠕变失效准则：适用于高温条件下的容器设计，当容器在长期高温和应力作用下发生的塑性变形累积到一定程度时，就认为容器达到了极限承载状态。

（7）腐蚀失效准则：这一准则涉及到化工压力容器与腐蚀性介质接触的场合，腐蚀可能导致容器壁逐渐减薄直至破坏，设计时需要考虑使用合适的材料和防腐措施。
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