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第 50 卷第 2 期
化　工　设　备　与　管　道
Vol. 50　No.2
2013 年 4 月
PROCESS EQUIPMENT & PIPING
应力分类方法的几点讨论
（全国化工设备设计技术中心站，上海　200040 ）
摘　要：应力分类方法目前仍是进行压力容器、压力管道分析设计所使用的主要方法。由于该方法基于板壳理
论和线弹性分析的特点，多年来的工程实践表明，应力分类方法在适用范围、强度条件和结果的安全性等方面
均有其局限性。根据应力分类方法的来源，指出在工程应用中其关于一次局部薄膜应力以及弯曲应力的强度条
件具有不确定性，同时，该方法也不能反映应变集中现象。对应力分类方法的这些局限性进行了讨论，说明该
方法试图用线弹性分析方法解决弹塑性失效问题是产生这些局限性的根本原因。
关键词：应力分类；适用范围；强度条件；弹性跟随现象；一次局部薄膜应力；弯曲应力
中图分类号：TQ 050.2 ；TH 49　　　　　文献标识码：A　　　　文章编号：13)02-
自从美国锅炉压力容器规范ASME Ⅷ-2 于1960
类设计方法的使用也愈加频繁。随着该方法在工程实
年代颁布以来，该规范中所提出的应力分类方法作
际项目中使用经验的积累，在方法的适用范围、方法
为一种分析设计方法，已被压力容器行业所普遍接
所规定的校核条件、方法的安全性和经济性等诸方面
受。与基于公式的设计方法 （通常称为 “常规设计方
都存在尚需探究的问题，本文将对其中的一些问题进
法”）相比较，应力分类方法考虑了载荷和应力特性、
应力存在的位置以及其对结构造成的危害，将应力
1　应力分类方法的来源和适用条件
进行分类以后，按不同的强度条件加以限制。ASME
规范希望，一方面，压力容器设计人员采用这种设计
压力容器的绝大部分壳体和受压元件都可看作为
方法以后，能得到更安全和经济的结构；另一方面，
薄壳和薄板结构，这种结构可按薄壳理论或板壳理论
对一些标准规范没有给出计算公式的结构，能为设计
进行分析，薄壳理论或板壳理论所采用的分析方法是
人员提供一种可接受的工程设计方法。从 1980 年代
线弹性方法。对于压力载荷单独作用的情况，这种理
末起，特别是近十几年来，随着计算机技术的飞速发
论认为结构在远离几何、材料、载荷不连续处的壁厚
展，该方法逐渐被广泛应用于压力容器的工程设计，
中仅存在薄膜应力，该薄膜应力必须同所受的压力载
我国也以该方法为基础，于1995 年制订和颁布了压
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第一套是图书：书名是《ASME压力容器规范分析与应用》最新出版图书
图书介绍　目录如下：
本书是系统地分析美国《锅炉及压力容器规范》第Ⅷ卷1、2、3册的专著。由于美国“规范”编排方式的特殊性，同一主题前后穿插，有关内容相互关联，以致在查阅某一主题时颇费周折。为方便读者应用“规范”，本书根据国内使用习惯，把各主题列成专章介绍。本书着重于分析“规范”中有关规程的制定原理，并理清在应用中的主要思路，以帮助读者全面理解和使用“规范”。&
第1章绪论1
参考文献11
第一篇ASME&Ⅷ?1和Ⅷ?2的按规则设计部分分析
第2章材料、安全系数和防脆断措施14
2?1受压件和非受压件的材料14
2?2安全系数和材料许用应力的确定15
2?3防止脆性断裂的总体思路、措施及其相关规定的制定
依据17
2?3?1防止脆性断裂的历史沿革17
2?3?2ASME&Ⅷ?1的防脆断措施分析19
2?4Ⅷ?2在材料、安全系数和防脆断措施方面的主要区别26
2?4?1确定许用应力的安全系数和许用材料26
2?4?2防止脆性断裂的措施&26
参考文献29
第3章焊接接头和焊接接头系数30
3?1焊接接头的分类30
3?1?1分类的目的30
3?1?2分类的基本出发点30
3?1?3焊接接头分类31
3?1?4焊接接头类型34
3?2焊接接头系数36
3?2?1焊接接头的使用限制36
3?2?2焊接接头的无损检测要求和相应的标志36
3?2?3焊接接头系数的选用37
3?2?4确定焊接接头系数的实例分析39
3?2?5角接接头的结构类型和强度校核41
3?3焊接接头的有关问题42
3?3?1焊接接头处及其附近的开孔42
3?3?2焊接接头在容器上的布置43
3?4Ⅷ?2在焊接接头类别和类型、焊接接头的使用、无损检测
以及焊接接头系数上的主要区别44
参考文献50
第4章容器设计中的有关问题51
4?1失效准则51
4?2强度理论52
4?3载荷52
4?4设计(操作、许用)温度和设计(操作、最大许用工作)
压力52
4?5独立容器和组合容器53
4?6厚度54
4?7压力试验54
4?7?1液压试验&55
4?7?2气压试验57
4?7?3试验温度57
4?8Ⅷ?2在所用强度理论、载荷和压力试验上的主要区别58
第5章内压圆筒和封头设计62
5?1内压圆筒和球壳设计62
5?2内压封头设计64
5?2?1椭圆形封头设计&65
5?2?2碟形封头设计68
5?2?3锥形封头设计70
5?2?4平封头设计73
5?3ASME&Ⅷ?2在内压圆筒和封头设计中的主要区别75
5?3?1圆筒、球壳和锥壳75
5?3?2碟形和椭圆形封头设计79
5?3?3平封头设计80
参考文献80第6章真空容器和外压元件设计81
6?1外压圆筒的周向稳定性设计82
6?1?1外压圆筒的周向稳定性设计83
6?1?2外压圆筒上的加强圈设计&88
6?2外压封头设计&91
6?2?1球形封头设计91
6?2?2椭圆形封头设计&92
6?2?3碟形封头设计92
6?2?4锥形封头设计92
6?3圆筒的许用轴向压缩应力96
6?4半管式夹套容器设计97
6?4?1半管式夹套容器设计的主要思路&97
6?4?2设计方法、步骤和应予注意之点98
6?5ASME&Ⅷ?2在外压元件和半管式夹套设计中的主要区别99
6?5?1ASME&Ⅷ?2(2007)对外压元件设计的修改&99
6?5?2设计中的有关问题100
6?5?3圆筒在外压及其他载荷作用下的设计102
6?5?4锥壳在外压及其他载荷下的设计105
6?5?5ASME&Ⅷ?2(2007)对半管式夹套设计的修改107
参考文献107
第7章开孔接管及其补强设计108
7?1开孔补强的理论基础108
7?1?1孔边的应力增强108
7?1?2开孔对容器承载材料的削弱109
7?1?3接管和器壁构成不连续结构所引起附加的边缘应力110
7?2ASME&Ⅷ?1的补强设计方法111
7?2?1补强设计准则111
7?2?2开孔形状、开孔相对于元件尺寸的限制111
7?2?3补强的有效范围112
7?2?4不需补强的最大开孔直径112
7?2?5开孔和焊接接头的相遇或相邻112
7?2?6开孔补强计算113
7?2?7圆筒和锥壳上的大开孔补强117
7?2?8补强件及其焊缝的强度校核118
7?2?9接管颈部的厚度118
7?3ASME&Ⅷ?2的补强设计方法118
7?3?1总的思路118
7?3?2补强计算的步骤简述121
参考文献122
第8章法兰及其相关元件的设计123
8?1密封计算124
8?2法兰计算125
8?2?1法兰应力计算125
8?2?2法兰力矩计算127
8?2?3法兰设计的应力和刚度校核129
8?3用螺栓连接的凸形封头131
8?3?1类型(a)的设计132
8?3?2类型(b)的设计132
8?3?3类型(c)的设计133
8?3?4类型(d)的设计135
8?4反向法兰和中心开有单个大圆孔的整体平盖137
8?4?1反向法兰137
8?4?2中心开有单个大圆孔的整体平盖139
8?4?3中心开有单个大圆孔平盖和反向法兰的相互联系143
8?5卡箍连接件的设计144
8?5?1卡箍连接螺栓的受载分析和设计144
8?5?2卡箍和高颈的受载分析147
8?5?3高颈和卡箍的应力分析和校核条件149
8?6ASME&Ⅷ?2在法兰及其相关元件设计上的主要区别151
8?6?1法兰设计151
8?6?2用螺栓连接的凸形封头设计152
8?6?3反向法兰设计152
8?6?4卡箍连接件设计152
参考文献152第9章非圆形截面容器153
9?1非圆形截面容器的结构和载荷分析153
9?1?1焊接结构和设计中的考虑153
9?1?2开孔和对开孔后引起削弱的考虑154
9?1?3载荷154
9?2非圆形截面容器设计原理分析154
9?2?1容器两端封头对侧板的加强作用155
9?2?2设置加强件的有关问题156
9?2?3应力校核条件159
9?2?4焊接接头系数E和孔带削弱系数ｅ159
9?3内压非圆形截面容器设计公式举例分析160
9?3?1无加强件、无拉撑件、无过渡圆弧的对称矩形截面
容器160
9?3?2无拉撑件、无过渡圆弧、设有加强件的对称矩形截面
容器162
9?4受外压(真空)的非圆形截面容器164
9?4?1侧板和封头的稳定性校核164
9?4?2非圆形截面容器的柱状稳定性校核167
第10章管壳式换热器和膨胀节169
10?1管壳式换热器管板设计的基本原理169
10?2各类换热器管板对开孔削弱的共有考虑170
10?3U形管式换热器管板的设计171
10?3?1结构类型171
10?3?2影响各类管板结构的因素分析171
10?3?3设计规程分析173
10?4固定管板式换热器管板的设计175
10?4?1结构类型175
10?4?2影响各类管板结构的因素分析175
10?4?3设计规程分析176
10?4?4计及邻近管板处筒体不同材料和厚度的结构和
设计180
10?5浮动管板式换热器管板的设计181
10?5?1结构类型181
10?5?2影响各类管板结构的因素分析182
10?5?3设计规程分析183
10?6管子对管板连接的焊缝设计186
10?7膨胀节188
10?7?1强度、刚度要求和许用循环次数计算&188
10?7?2轴向位移计算190
10?7?3轴向刚度计算191
10?7?4膨胀节的压力试验191
参考文献191
第11章对多层容器有关问题的简单介绍192
参考文献195
第12章制造、检验和试验中有关问题的分析196
12?1冷、热加工成形196
12?1?1壳体在成形后允许的局部减薄区196
12?1?2冷成形后的热处理196
12?1?3对接焊缝的布置、错边及余高197
12?1?4圆筒、锥壳和球壳在成形后的允许偏差199
12?1?5成型封头的允差201
12?2无损检测要求202
12?3压力试验202
12?4ASME&Ⅷ?2在制造、检验和试验规定中的主要区别202
12?4?1圆筒和壳体上的局部减薄区202
12?4?2冷成形后的热处理&203
12?4?3对接焊缝的布置、错边及余高203
12?4?4圆筒、锥壳和球壳以及成型封头在成形后的允许
偏差203
12?4?5无损检测要求204
12?4?6压力试验204
参考文献204
第二篇ASME&Ⅷ?2按分析设计部分分析
第13章新版ASME&Ⅷ?2按应力分析设计部分的改写背景206
13?1压力容器设计方法进展206
13?2应力分析设计方法的由来及其总体思想207
13?3ASME&Ⅷ?2的改写背景208
13?4按规则设计和按分析设计的关系210
参考文献211
第14章应力分类及其评定212
14?1应力分类的力学基础212
14?1?1计算应力的方法212
14?1?2不连续应力分析213
14?2和应力分类相关的术语215
14?3应力分类的基本出发点216
14?4应力分类218
14?4?1容器元件的应力分类218
14?4?2接管颈部中应力分类的补充要求220
14?5当量应力的限制条件及其分析224
14?5?1当量应力的推导224
14?5?2当量应力的限制条件&225
14?5?3对应力强度限制条件的分析227
14?5?4安定性分析原理(对二次应力Ｑ的限制)228
14?5?5疲劳分析原理［对Ｐｍ（ＰＬ）＋Ｐｂ＋Ｑ和Ｐｍ（ＰＬ）＋
Ｐｂ＋Ｑ＋Ｆ当量应力范围的限制］229
14?5?6对热应力棘轮作用的限制原理简述229
参考文献231
第15章按应力分析设计232
15?1防止塑性垮塌233
15?1?1弹性应力分析方法234
15?1?2极限载荷分析方法236
15?1?3弹?塑性应力分析方法&238
15?2防止局部失效238
15?3防止由失稳引起的垮塌240
参考文献241
第16章低循环疲劳设计242
16?1疲劳分析的筛分243
16?1?1以可比较设备的经验为基础的筛分准则244
16?1?2筛分方法A244
16?1?3筛分方法B245
16?2基于光滑试杆试验的疲劳设计曲线&246
16?2?1疲劳设计曲线的安全系数247
16?2?2平均应力对疲劳设计曲线影响的调整247
16?2?3对温度影响的考虑248
16?2?4当量应力幅及其求取248
16?3焊接连接件的疲劳分析和用弹性应力分析方法确定当量
结构应力范围&249
16?4应力集中系数、疲劳强度减弱系数和开孔接管的应力
指数250
16?5螺栓的疲劳分析253
16?6疲劳评定的积累损伤254
16?7棘轮现象的评定254
参考文献256
第三篇ASME&Ⅷ?3分析
第17章高压容器的特点及其引起的特殊考虑258
17?1由于厚壁所引起的考虑258
17?1?1采用塑性失效准则258
17?1?2塑性自增强设计259
17?2由于采用高强度钢的考虑260
17?2?1关于材料的冲击试验&260
17?2?2引入“未爆先漏(Leak&before&burst)”的失效准则&261
17?3其他有关问题263
参考文献263&
第二套：《各种ASME压力容器技术内部资料汇编》光盘，有1000多页内容,包含以下目录所对应内容，几乎涵盖了所有这方面的内容。
目录如下：
1&总则
　1.1&引言
　1.2&许用应力
　1.3&焊接接头系数
　1.4&脆性断裂
　1.5&疲劳分析
　1.6&压力试验
　　1.6.1&ASME规范要求
　　1.6.2&液压试验或气压试验的目的
　　1.6.3&Ⅷ-1对压力试验的要求
　　1.6.4&Ⅷ-2对压力试验的要求
2&圆筒
　2.1&引言
　2.2&Ⅷ-1中的拉力
　　2.2.1&薄壁圆筒
　　2.2.2&厚壁圆筒
　2.3&轴向压缩
　2.4&外压圆筒
　　2.4.1&Dot≥10的外压圆筒
　　2.4.2&Dot＜10的外压圆筒
　　2.4.3&经验公式
　　2.4.4&加强圈
　　2.4.5&加强圈与圆筒间的连接结构
　2.5&Ⅷ-2中圆筒计算公式
　2.6&其它壳体
　　2.6.1&斜接弯管
　　2.6.2&椭圆形壳体
3&球壳、封头和变径段
　3.1&引言
　3.2&Ⅷ-1中球壳和半球形封头的设计方法
　　3.2.1&内压球壳和凹面受压的半球形封头
　　3.2.2&外压球壳和凸面受压的半球形封头
　3.3&Ⅷ-2中球壳和半球形封头的设计方法
　3.4&Ⅷ-1中椭圆形封头的设计方法
　　3.4.1&凹面受压
　　3.4.2&凸面受压
　3.5&Ⅷ-1中碟形封头的设计方法
　　3.5.1&凹面受压
　　3.5.2&凸面受压
　3.6&Ⅷ-2中椭圆形和碟形封头的设计方法
　3.7&Ⅷ-1中锥壳的设计方法
　　3.7.1&内压锥壳
　　3.7.2&外压锥壳
　3.8&Ⅷ-2中锥壳的设计方法
4&平盖、法兰
　4.1&引言
　4.2&整体式焊接平盖
　　4.2.1&圆形平盖
　　4.2.2&非圆形平盖
　4.3&螺栓法兰连接结构
　4.4&螺栓连接的平盖
　　4.4.1&圆形平盖
　　4.4.2&非圆形平盖
　4.5&平盖上的开孔
　　4.5.1&直径不超过平盖直径1/2的开孔
　　4.5.2&直径超过平盖直径2/2的开孔
　4.6&带环形垫片的法兰
　　4.6.1&标准法兰
　　4.6.2&特殊结构法兰
　4.7&带法兰凸形封头
　　4.7.1&符号说明
　　4.7.2&带法兰凸形封头分类
5&开孔
　5.1&引言
　5.2&开孔补强的设计准则
　5.3&符号说明
　5.4&开孔补强的一般要求
　　5.4.1&补强面积
　　5.4.2&补强范围
　5.5&Ⅷ-1中的开孔补强方法
　　5.5.1&无需补强的开孔
　　5.5.2&开孔形状和尺寸
　　5.5.3&需要的补强面积
……
6&Ⅷ-1中的特殊零部件
7&换热器
8&Ⅷ-2中的零部件分析
参考文献
附录A&ASME&Ⅷ-1速查指南
附录B&材料牌号
附录C&ASME&Ⅷ-1焊接接头系数
附录D&法兰计算表
附录E&常用英制单位与国际单位的换算
插图索引
表格索引&
第1章&容器及设备的强度计算
第1节&概述
第2节&采用极限载荷法推导圆筒、封头和平盖的强度计算公式
第3节&容器及设备元件稳定计算的现代方法
第4节&ГOCT&14249容器及设备强度计算的规范和方法
第5节&计算例题
第6节&小结
第2章&塔式设备的强度计算
第1节&概述
第2节&ГOCT&P&51273塔式设备风载荷及地震载荷的计算
第3节&ГOCT&P&51274塔式设备强度计算的规范和方法
第4节&计算例题
第5节&小结
第3章&大开孔补强计算
第1节&概述
第2节&ГOCT&24755容器及设备开孔补强计算的规范和方法
第3节&计算例题
第4节&小结
第4章&钢制容器及设备低循环疲劳强度计算
第1节&概述
第2节&低循环疲劳强度计算的理论基础
第3节&ГOCT&25859钢制容器及设备低循环疲劳强度计算的规范和方法
第4节&计算例题
第5节&小结
第5章&有色金属容器及设备低循环疲劳强度计算
第1节&概述
第2节&PД26-01-162有色金属容器及设备低循环疲劳强度计算的规范和方法
第3节&铜、黄铜、铝合金的许用应力和弹性模量
第4节&PД24.200.17-90钛制容器强度计算的规范和方法
第5节&小结
第6章&ANSYS分析基础
第1节&概述
第2节&ANSYS分析基础
第3节&Primary&Stress和Secondary&Stress的原意
第4节&总应力线性化处理
第5节&应力强度
第6节&对ANSYS分析结果给出的应力分类进行识别和提取
第7节&压力容器分析常用单元类型
第8节&法兰刚度的减弱系数
第9节&单位
第10节&小结
第7章&热壁加氢反应器ANSYS分析
第1节&设计条件
第2节&压力应力分析
第3节&热分析
第4节&热应力分析
第5节&第二次热分析
第6节&第二次热应力分析
第7节&间接耦合法求解压力应力+热应力的组合应力
第8节&应力强度评定
第9节&降低热应力的有效措施
第10节&小结
第8章&高压空气储罐ANSYS疲劳分析
第1节&设计条件
第2节&压力应力分析
第3节&按映射网格求解并与自由网格的结果比较
第4节&考虑法兰力矩
第5节&壳体疲劳分析
第6节&接管疲劳分析
第7节&小结
第9章&容器及设备接管与简体和封头相贯处的应力计算方法
第1节&概述
第2节&PД&26-16容器及设备接管与壳体相贯处的应力计算方法
店主推荐299.00元299.00元299.00元299.00元299.00元19.60元27.80元15.80元33.50元21.90元52.80元27.80元24.50元39.00元16.80元
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