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摘要：壓力容器是在石油化工行業中應用廣泛的特種設備。本文主要探討了應力分類及壓力容器設計的發展，以期可以為實現壓力容器應用前景的擴大提供良好的參考依據，進一步推動壓力容器在石油化工行業中的有效應用，使壓力容器為促進石油化工行業的發展做出更好的貢獻。

關鍵詞：壓力容器；應力分類；壓力容器

設計近年來，諸多研究學者紛紛對壓力容器的工作原理、性能提高措施等展開了一系列的研究，并取得了良好的研究成果。以往的壓力容器設計中，均采用傳統方法，也就是基于基本薄膜應力，并統一將其他應力的影響包括在安全系數之中。但是，壓力容器及承壓部件中，除介質壓力導致的薄膜應力之外，還存在因熱脹冷縮變形受限而導致的溫差應力以及因邊界效應而導致的局部應力等[1]。因此，有必要加強對應力分類的研究，以明確不同應力對壓力容器安全性的影響，提高壓力容器設計的科學性、合理性。

1應力分類

1.1一次應力

一次應力指的是，因外載荷影響，在壓力容器部件之中出現的剪應力或者是正應力。一次應力超過材料屈服極限的時候，就會出現變形破壞。其可以分為以下幾種：第一，總體薄膜應力。包括因內壓而在球形殼體或圓筒形中出現的薄膜應力，總體薄膜應力在整個殼體上均有分布，應力超過材料屈服極限的時候，沿殼體壁厚的材料一起屈服。第二，局部薄膜應力。其指的是在局部范圍之中，因機械載荷、壓力所導致的薄膜應力。包括壓力容器支座處因力和力矩引起的薄膜應力。第三，一次彎曲應力。因內壓作用的影響，于平板蓋中央位置出現的彎曲應力。為直線分布，內壓較大的時候，上、下表面位置屈服，其他部位為彈性狀態，載荷繼續增加，沿板厚的分布，應力將進行重新調整。

1.2二次應力

二次應力指的是，因壓力容器部件自身受到約束而出現的剪應力或者是正應力。二次應力滿足變形協調條件。如，在半球形封頭、薄壁圓筒的連接位置，由于受到內壓的作用，兩者出現不同的徑向位移，因此，連接部位兩者是互相約束的關系，出現變形協調，這樣的情況下，連接部位出現了附加的剪力、彎矩，進而引起二次應力。二次應力具有自限性，也就是局部范圍之中的材料出現小量變形或者是屈服的時候，相鄰部位間的約束緩和，變形也逐漸趨于協調，不會繼續發展，將應力限制在一定范圍之內[2]。基于此，二次應力疊加其他應力之后，若是應力不高于規定值，則不會導致壓力容器的損壞。1.3峰值應力小孔邊緣、小圓角半徑以及接管根部等局部區域，因結構形狀突變或者是載荷，導致局部壓力集中，便出現了峰值應力，其應力值最高。峰值應力是脆性斷裂、疲勞破壞的可能根源，不會導致整個結構出現明顯變形。局部熱應力屬于峰值應力，因為其不會導致整個結構出現明顯變形。

2壓力容器設計的發展

隨著壓力容器應用范圍的不斷擴大，研究領域中不斷加強了對壓力容器的研究，從而推動著壓力容器設計的不斷發展與進步。針對壓力容器設計問題，我國已經建立了多種標準，例如，“JB4732-95”，其是以分析設計為主要內容的鋼制壓力容器的設計標準，其中提出了以彈塑性失效準則、塑性失效準則、彈性應力分析為基礎的設計手段。再如，“GB150-89”“GB713-2014”“GB3531-2014”“NB/T47014-2011”“NB/T47015-2011”“GB/T18182-2012”等標準中，對于壓力容器的選材、制造、質量檢驗以及驗收等提出了十分嚴格的要求。“JB4732-95”中提出的應力分析設計方式，具有一定的先進性與合理性，但需要復雜的、大量的分析計算，必須應用電子計算機，設計十分復雜，成本較高，因此，應力分析設計的應用范圍并不廣泛，只有對重要的、高參數的壓力容器進行設計的時候，才會使用應力分析設計方法。對常規壓力容器來說，通常采取傳統設計方法，不僅可以滿足安全需求，且簡便易行，因此，一直以來在壓力容器設計中占據著主流地位[3]。但若是詳細進行應力分析，可以在一定程度上減少鋼材的使用，但在很大程度上提高了壓力容器設計、壓力容器制造的成本，經濟性較差。針對這樣的情況，ASME規范對傳統設計方式與應力分析方式兩種設計準則的適用范圍進行了規定。計算機技術的不斷發展以及計算機硬件、軟件的不斷完善，使壓力容器分析設計方法獲得了越來越多的認可與應用，且在實際工程項目中發揮出了良好的作用。我國建立了“JB4732-95”行業標準與“GB150-89”國家標準，以便于用戶可以根據不同需求進行合理選擇。

3結語

綜上所述，壓力容器有著十分廣泛的應用范圍，為提高壓力容器設計的經濟性、合理性、安全性及可靠性，應詳細地對作用于壓力容器上的應力進行分類，針對不同應力，限制范圍也要有所不同，同時，也要根據實際情況，合理選擇壓力容器設計方法，才能確保壓力容器的運行安全，使壓力容器為推動我國工業化建設進程的加快提供更好的幫助。

參考文獻：

[1]陳學東,范志超,陳永東,崔軍,章小滸,王冰,艾志斌.我國壓力容器設計制造與維護的綠色化與智能化[J].壓力容器,2017,34(11):12-27+11.

[2]李新.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用探析[J].石化技術,2017,24(05):30+44.

[3]張學力.試論壓力容器設計中開孔補強設計的應用[J].石化技術,2016,23(09):68+59.

作者：胡艷興 單位：中油遼河工程有限公司