壓力容器分析設計方法圖書目錄

1彈性應力分析方法

1.1壓力容器中的應力分類

1.1.1應力分析設計法概述

1.1.2容器的應力分類

1.1.3壓力容器典型零部件中的應力分布

1.2極限設計法和安定狀態(tài)

1.2.1極限設計法

1.2.2安定狀態(tài)——確定二次應力許用值的依據(jù)

1.3應力分析設計法對各類許用應力值的限制

1.3.1壓力容器設計中對各類應力值的限制

1.3.2以應力分析為基礎的設計方法的應用

2應力分類結果的線性化

2.1等效線性化方法概述

2.2應力分類線的選擇

2.3應力線性化方法

2.3.1應力積分法

2.3.2以節(jié)點力為基礎的結構應力法

2.3.3基于應力積分的結構應力法

2.4應力線性化有限元舉例

3彈塑性分析

3.1材料本構模型

3.1.1實驗法

3.1.2計算法

3.1.3ANSYS材料模型

3.2載荷情況

3.3總體塑性變形失效

3.4極限分析法求總體載荷

3.4.1極限分析理論基礎

3.4.2極限分析有限元實例

3.5彈塑性分析求總體載荷

3.5.1防局部失效的一般方法

3.5.2應變極限損傷法

3.6ANSYS非線性分析介紹

3.6.1材料非線性

3.6.2幾何非線性

3.6.3非線性求解過程

3.7彈塑性有限元分析實例

4壓力容器的應力疲勞設計

4.1疲勞曲線與方程式

4.1.1高循環(huán)疲勞曲線

4.1.2低循環(huán)疲勞曲線

4.1.3低循環(huán)疲勞曲線方程式

4.2平均應力對低循環(huán)疲勞的影響

4.2.1平均應力的真實值與“虛擬應力”大小的關系

4.2.2考慮平均應力影響后的疲勞壽命計算

4.2.3低循環(huán)疲勞曲線的修正

4.3結構對低循環(huán)疲勞的影響

4.3.1接管連接及焊縫型式的影響

4.3.2接管方位和幾何參數(shù)的影響

4.4應力集中對疲勞壽命的影響

4.4.1理論應力集中系數(shù)

4.4.2疲勞缺口系數(shù)

4.4.3缺口S—N曲線的近似估計

4.5疲勞累積損傷

4.6疲勞設計規(guī)范

4.6.1我國以疲勞分析為基礎的設計方法

4.6.2日本HPIS—C—103《超高壓圓筒容器設計指針》

5應變疲勞分析及循環(huán)計數(shù)法

5.1材料的記憶特性

5.2循環(huán)應力—應變曲線、滯后環(huán)曲線

5.2.1滯后環(huán)

5.2.2循環(huán)應力—應變曲線

5.2.3滯后環(huán)曲線

5.3變幅循環(huán)下的應力—應變響應

5.4應變疲勞壽命估算

5.4.1應變—壽命曲線

5.4.2ε—N曲線的計算公式

5.4.3應變壽命計算

5.5缺口的應變分析及壽命估算

5.5.1求取局部應力σ、應變ε

5.5.2循環(huán)載荷作用下缺口疲勞壽命估計

5.5.3缺口疲勞壽命估算實例

5.6循環(huán)計數(shù)法

5.6.1雨流循環(huán)計數(shù)法基本原理

5.6.2雨流循環(huán)計數(shù)過程分析

5.6.3簡化雨流循環(huán)計數(shù)法計算規(guī)則

5.7雨流循環(huán)計數(shù)法應用實例

5.7.1高溫高壓換熱器管板泄漏分析中疲勞載荷譜的編制

5.7.2隨機形式的合成塔疲勞載荷譜

6疲勞用統(tǒng)計學基礎

6.1常用概率分布函數(shù)

6.1.1正態(tài)分布函數(shù)

6.1.2標準正態(tài)分布

6.1.3對數(shù)正態(tài)分布

6.1.4威布爾分布

6.2概率紙估計概率分布形式

6.2.1正態(tài)分布概率紙

6.2.2威布爾分布概率紙

6.3常用概率函數(shù)的參數(shù)估計

6.3.1子樣統(tǒng)計量參數(shù)

6.3.2正態(tài)分布與對數(shù)正態(tài)分布的參數(shù)估計

6.3.3威布爾分布的參數(shù)估計

6.4概率分布擬合實例

6.4.1應力幅值的威布爾分布擬合

6.4.2最小二乘法回歸分析

7疲勞有限元評定

7.1疲勞篩分方法A

7.2疲勞篩分方法B

7.3彈性應力分析的疲勞評定

7.3.1彈性應力分析疲勞評定概述

7.3.2彈性應力分析疲勞評定過程

7.3.3疲勞損失系數(shù)Ke，k的計算

7.4彈塑性應力分析的疲勞評定

7.4.1彈塑性應力分析疲勞評定概述

7.4.2彈塑性應力分析疲勞評定過程

7.5焊縫的疲勞評定

7.5.1焊縫疲勞評定概述

7.5.2焊縫疲勞評定過程

7.5.3焊縫疲勞評定的修正

7.6疲勞曲線說明

7.7棘輪現(xiàn)象評定

7.7.1棘輪現(xiàn)象的彈性分析方法

7.7.2簡化的彈—塑性分析

7.7.3溫差應力棘輪現(xiàn)象的評定

7.7.4非整體連接件的防棘輪現(xiàn)象

7.7.5棘輪現(xiàn)象的彈塑性應力分析

8實驗應力分析

8.1電測法

8.1.1電測法原理

8.1.2布點方案

8.1.3電測法應注意的事項

8.2光彈性測量法

8.2.1平面應力—光學定律

8.2.2求解邊界應力

8.2.3求解內(nèi)部應力

8.3極限載荷實驗

8.3.1極限載荷實驗注意事項

8.3.2確定極限載荷步驟

8.4疲勞實驗

8.4.1循環(huán)次數(shù)及載荷確定

8.4.2加速疲勞試驗

8.4.3僅增加載荷或循環(huán)次數(shù)情況

8.4.4Ks、Kn值的確定

8.4.5實驗確定疲勞強度減弱系數(shù)

8.4.6疲勞實驗實例

8.4.7本章符號說明

參考文獻2100433B

本書主要介紹了壓力容器的彈性分析設計方法和彈塑性分析設計方法。第1章介紹了彈性應力分析方法，包括應力分類、極限設計法和安定狀態(tài)。第2章介紹應力分類結果的線性化，主要介紹了等效線性化法，應力線性化方法，并給出了有限元應用實例。第3章彈塑性分析法，介紹了考慮材料應變強化效應的本構模型方法，ANSYS材料模型，載荷組合情況及彈塑性分析，ANSYS非線性分析等。第4章介紹壓力容器的應力疲勞設計，包括疲勞曲線與方程式，平均應力對低循環(huán)疲勞的影響，結構對低循環(huán)疲勞的影響及疲勞設計規(guī)范。第5章介紹應變疲勞分析及循環(huán)計數(shù)法，主要內(nèi)容有循環(huán)應力?燦Ρ淝?線，應變疲勞壽命估算，雨流循環(huán)計數(shù)法及應用實例。第6章簡單介紹疲勞用統(tǒng)計學基礎。第7章主要介紹疲勞的有限元評定方法，包括彈性應力分析的疲勞評定和彈塑性應力分析的疲勞評定。第8章實驗應力分析，簡單介紹了電測法、光彈性測量法，極限載荷實驗和疲勞實驗。本書可作為相關專業(yè)研究生的參考書，也可供從事壓力容器研究、分析設計的技術人員參考。

近年來美歐相繼頒布了新一代的壓力容器分析設計規(guī)范，提出了很多新的設計理念，吸收了諸多壓力容器前沿技術。 與此同時，國內(nèi)分析設計規(guī)范也修訂在即。本書結合當前國內(nèi)外分析設計的技術進步和工程實踐，對壓力容器分析設計相關的力學基礎、應力分析、強度設計、規(guī)范條款、工具軟件、工程實例和技術進展等進行了詳細的闡述；對美歐規(guī)范中的分析設計方法均有涉及，既講區(qū)別也講聯(lián)系；以失效模式為主線并結合工程實例對極限分析、安定分析、屈曲分析、疲勞分析及蠕變疲勞等評定方法進行了探討。本書適合自學分析設計的技術人員，也可供資深工程師參考。同時，可作為分析設計考證人員的輔導資料或技術培訓和繼續(xù)教育用教材。

第一篇概述篇

第1章緒論

1.1國際壓力容器規(guī)范的進步

1.1.1歐盟EN13445

1.1.2美國ASME Ⅷ2

1.2國內(nèi)規(guī)范修訂方向

1.3計算機輔助工程的發(fā)展

1.4分析設計發(fā)展趨勢

第2章分析設計方法概要

2.1分析設計的基本概念

2.1.1應力強度

2.1.2總體結構不連續(xù)

2.1.3局部結構不連續(xù)

2.1.4法向應力

2.1.5切應力

2.1.6薄膜應力

2.1.7彎曲應力

2.1.8熱應力

2.1.9運行循環(huán)

2.1.10應變循環(huán)

2.1.11疲勞強度減弱系數(shù)

2.1.12自由端位移

2.1.13蠕變

2.1.14塑性

2.1.15塑性分析

2.1.16棘輪效應

2.1.17安定性

2.1.18應力應變曲線

2.2壓力容器的失效模式

2.3分析設計考慮的失效模式

2.4彈性分析與應力分類法概要

2.4.1一次應力

2.4.2一次總體薄膜應力

2.4.3一次局部薄膜應力

2.4.4一次彎曲應力

2.4.5二次應力

2.4.6峰值應力

2.4.7總應力

2.4.8應力分類

2.4.9應力評定

2.4.10應力分類及應力強度極限值

2.4.11應力強度極限值的依據(jù)

2.4.12應力分類遇到的問題

2.5彈塑性分析設計法概述

2.6小結

第二篇理論篇

第3章梁的彎曲

3.1純彎曲

3.1.1橫截面上的應力

3.1.2純彎曲和橫力彎曲的概念

3.2彎曲正應力

3.2.1幾何方面

3.2.2物理方面

3.2.3靜力學關系

3.2.4軸慣性矩

3.3強度條件

3.4純彎矩作用下單位寬度矩形截面梁

3.5拉伸和彎矩同時作用下矩形截面梁

3.6截面形狀系數(shù)

3.7小結

第4章彈性力學基礎

4.1彈性力學基本假設

4.1.1連續(xù)性假設

4.1.2完全彈性假設

4.1.3均勻性假設

4.1.4各向同性假設

4.1.5小位移和小變形的假設

4.1.6引入基本假設后的變化

4.2彈性力學基本概念

4.2.1外力

4.2.2內(nèi)力與應力

4.2.3一點的應力狀態(tài)

4.2.4形變

4.2.5位移

4.2.6小結

4.3彈性力學基本方程

4.3.1平衡微分方程

4.3.2幾何方程

4.3.3物理方程

4.4邊界條件

4.4.1給定位移的邊界

4.4.2給定力的邊界

4.4.3混合邊界條件

4.5結構的對稱性

4.6彈性力學的一般定理

4.6.1解的唯一性定理

4.6.2解的疊加定理

4.6.3虛位移原理

4.6.4最小勢能原理

4.6.5外力功的互等定理

4.6.6圣維南原理

4.7熱應力

4.7.1計算熱應力的必要參數(shù)

4.7.2熱應力的特點

4.7.3熱應力實例

4.8討論

4.9小結

第5章塑性力學基礎

5.1概述

5.2塑性力學基本假設

5.3變形路徑對塑性變形和極限載荷的影響

5.4屈服條件

5.4.1屈服條件的概念

5.4.2特雷斯卡屈服條件

5.4.3米澤斯屈服條件

5.4.4兩種屈服條件的優(yōu)缺點

5.5強化模型與加載條件

5.6小結

第6章有限元法基礎

6.1基本方程的矩陣表示

6.2基本原理

6.3單元的位移模式和解的收斂性

6.4單元的應變矩陣和應力矩陣

6.5單元介紹

6.5.1三維實體單元

6.5.2軸對稱單元

6.5.3薄殼單元

6.5.4劃分單元注意事項

6.6小結

第三篇規(guī)范篇

第7章塑性垮塌的評定

7.1彈性應力分析方法

7.1.1彈性應力分析步驟

7.1.2應力線性化

7.1.3應力分類的指導原則

7.1.4載荷組合系數(shù)

7.1.5接管應力評定

7.2非彈性分析方法

7.2.1極限載荷設計的概念

7.2.2ASME極限載荷分析法

7.2.3ASME彈塑性應力分析法

7.2.4JB4732中的非彈性分析

7.3小結

第8章局部失效的評定

8.1彈性分析法

8.2彈塑性分析法

8.2.1評定步驟

8.2.2累積損傷

8.3小結

第9章屈曲的評定

9.1屈曲的定義

9.2屈曲評定的三種方法

9.3設計系數(shù)

9.4小結

第10章疲勞

10.1疲勞分析免除

10.1.1疲勞分析免除準則

10.1.2疲勞分析免除的原理

10.2疲勞曲線

10.3三種疲勞評定方法簡介

10.3.1彈性疲勞分析法

10.3.2彈塑性疲勞分析法

10.3.3等效結構應力法

10.4小結

第11章棘輪的評定

11.1安定與棘輪的概念

11.2彈性分析法

11.2.1彈性安定的原理

11.2.2彈性分析法的評定

11.2.3簡化的彈塑性分析法

11.2.4熱應力棘輪評定

11.3熱應力棘輪評定方法修訂的解讀

11.3.1ASMEⅧ2（2013版）中的修訂

11.3.2原評定方法的制定依據(jù)

11.3.3布里法的不足

11.3.4考慮熱薄膜和彎曲應力的棘輪邊界

11.3.5ASMEⅧ2（2013版）修訂時的考慮

11.3.6修訂要點小結

11.4彈塑性分析法

11.4.1彈塑性分析法的評定

11.4.2彈性核

11.5評定方法的回顧

11.5.1彈性方法

11.5.2彈塑性方法

11.6小結

第12章蠕變疲勞的評定

12.1蠕變疲勞的概念

12.1.1蠕變

12.1.2疲勞

12.1.3蠕變疲勞

12.1.4韌性

12.1.5安定性

12.2蠕變疲勞設計的理論基礎

12.2.1蠕變疲勞的試驗方法

12.2.2常用的蠕變疲勞設計方法

12.3核電行業(yè)中的蠕變疲勞工程設計方法

12.3.1ASMEⅢNH

12.3.2R5規(guī)程

12.3.3RCCMR

12.4化工行業(yè)中的蠕變疲勞工程設計方法

12.4.1API579

12.4.2ASME規(guī)范案例2605

12.5小結

第四篇實例篇

第13章基于子模型技術的斜接管應力分析實例

13.1設計條件

13.2幾何模型

13.3網(wǎng)格劃分

13.4加載求解

13.5子模型技術

13.5.1創(chuàng)建子模型

13.5.2修改幾何模型

13.5.3重新劃分網(wǎng)格

13.5.4重新設置邊界條件

13.5.5求解并查看結果

13.6小結

第14章球罐分析實例

14.1GB12337—2014要點簡介

14.2載荷分析

14.3載荷工況組合

14.4邊界條件

14.4.1壓力載荷

14.4.2自重載荷

14.4.3風載荷

14.4.4地震載荷

14.4.5位移邊界

14.5應力評定

14.6丙烯球罐的整體分析

14.6.1設計條件

14.6.2幾何模型

14.6.3網(wǎng)格劃分

14.6.4載荷條件

14.6.5求解計算

14.6.6應力評定

14.7小結

第15章疲勞設備分析實例

15.1概述

15.2設計條件

15.3結構分析

15.4應力計算結果

15.5應力強度評定

15.6最大應力點疲勞評定

15.7結論

15.8小結

第16章高壓容器局部結構分析實例

16.1簡介

16.2設計條件

16.3結構分析

16.4應力分析計算

16.4.1筒體與接管的模型

16.4.2頂部平蓋模型

16.5應力強度評定

16.6結論

16.7小結

第17章塔器風載荷時程分析實例

17.1塔器的受載特點

17.2自振特性

17.2.1概念介紹

17.2.2乙烯塔固有頻率和振型計算

17.3風載荷時程分析

17.3.1風的特性與簡化

17.3.2脈動風荷載時程

17.3.3順風向的風振響應分析

17.4小結

第18章裙座熱應力分析實例

18.1裙座熱應力概述

18.2裙座熱應力分析

18.2.1設計條件及結構參數(shù)

18.2.2溫度場分析

18.2.3熱應力和機械應力分析

18.3小結

第19章高壓換熱器強度分析實例

19.1設計條件及結構參數(shù)

19.2換熱器有限元模型

19.2.1幾何模型

19.2.2網(wǎng)格劃分

19.2.3邊界條件

19.2.4求解

19.3小結

第20章設備抗震分析實例

20.1抗震分析的相關概念

20.1.1振子模型

20.1.2反應譜

20.1.3標準反應譜

20.1.4樓層反應譜的生成

20.2抗震分析四種理論

20.2.1靜力理論

20.2.2動力理論

20.2.3反應譜理論

20.2.4時間歷程響應

20.3模型的選取

20.4解耦條件

20.5載荷組合

20.6折減系數(shù)

20.7許用限值

20.8大型氣化爐地震響應的時程分析

20.8.1設計條件

20.8.2幾何模型

20.8.3邊界條件

20.8.4求解

20.8.5結論

20.9小結

第21章儲罐罐頂?shù)那治鰧嵗?

21.1罐頂失穩(wěn)原因

21.1.1罐頂外載荷的分析

21.1.2施工原因

21.2球面網(wǎng)殼形式

21.3有限元分析的依據(jù)

21.3.1有限元分析一般要求

21.3.2網(wǎng)殼的穩(wěn)定性分析

21.4帶施工缺陷的罐頂屈曲分析

21.4.1設計條件

21.4.2分析要求簡析

21.4.3幾何模型

21.4.4載荷條件

21.4.5模型計算假定

21.4.6線性屈曲分析與初始缺陷施加

21.4.7非線性分析

21.5小結

第22章基于彈性核準則的棘輪評定實例

22.1幾何尺寸

22.2模型和分析方法

22.3邊界條件

22.4分析結果

22.5小結

第23章ASMECodeCase2605蠕變疲勞分析實例

23.1設計條件

23.2最大一次靜載下的強度校核

23.3蠕變疲勞的安定性校核

23.4穩(wěn)態(tài)蠕變壽命計算

23.5蠕變疲勞壽命計算

23.6小結

第五篇軟件篇

第24章ANSYSWorkbench平臺

24.1添加材料

24.2幾何建模

24.3接觸類型

24.4網(wǎng)格劃分

24.5分析設置

24.5.1StepControls

24.5.2SolverControls

24.5.3AnglysisDataManagement

24.6載荷與約束

24.7模型求解

24.8后處理

24.8.1結果查看

24.8.2應力精度的原理

24.8.3各種應力結果的含義

24.9小結

參考文獻 2100433B

本書可供壓力容器設計、檢驗和使用環(huán)節(jié)的工程技術人員參考，也可供大專院校過程裝備專業(yè)、鍋爐專業(yè)和壓力容器相關專業(yè)的師生參考，對壓力容器標準規(guī)范的理論研究也有參考價值。

本書ANSYS分析部分，以在用的熱壁加氫反應器和高壓空氣儲罐為例完整地介紹壓力應力分析、熱分析、熱應力分析、耦合分析和疲勞分析全過程，其中包括壓力容器分析設計人員關注的問題：按ASME-Ⅷ-2的應力分類識別和提取ANSYS生成的結果進行應力疊加法和耦合法的應力強度評定。作者給出ANSYS分析的點滴技巧和經(jīng)驗，詳見第6、7、8章。

本書強度計算部分，詳見第1、2、3、4、5、9章。強度計算部分給出的計算規(guī)范超出ASME-Ⅷ-1和GB150的應用范圍：如第1章穩(wěn)定計算的現(xiàn)代方法，不考慮橢圓形封頭加工減薄量的規(guī)定，α1>70°錐形封頭壁厚的計算等；第3章圓筒或錐殼的開孔率可達1.0的大開孔補強計算；第4章低循環(huán)疲勞強度計算規(guī)范比ASME-Ⅷ-2的功能強大；第5章有色金屬容器的計算疲勞曲線和相應規(guī)定更是難得的所需設計規(guī)范；第9章的規(guī)范可填補我國便于手算求解接管與殼體相貫處應力計算規(guī)范的空白；第2章塔式設備的強度計算是俄羅斯的新標準。書中作者還給出多個例題說明標準的使用。采用上述規(guī)范的有關公式，使用GB150的鋼號和許用應力，計算結果偏于保守，且解決了GB150目前不能提供的相應規(guī)范和方法問題。