第1章壓力容器設(shè)計(jì)概論1 1.1壓力容器的基本結(jié)構(gòu)2 1.1.1壓力容器的基本構(gòu)造2 1.1.2壓力容器結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)6 1.1.3壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求7 1.2壓力容器相關(guān)法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)7 1.2.1壓力容器的特種設(shè)備屬性7 1.2.2我國(guó)特種設(shè)備法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系8 1.2.3壓力容器的定義及壓力等級(jí)、品種劃分9 1.2.4我國(guó)壓力容器安全監(jiān)管中的壓力容器分類(lèi)9 1.3我國(guó)壓力容器安全監(jiān)管及質(zhì)量保證體系11 1.3.1設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)管理11 1.3.2壓力容器材料質(zhì)量保證12 1.3.3制造過(guò)程與制造中的質(zhì)量檢驗(yàn)12 1.3.4長(zhǎng)期服役過(guò)程中的檢驗(yàn)與監(jiān)控13 1.4壓力容器的失效模式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則概述14 1.4.1壓力容器常見(jiàn)的失效模式14 1.4.2壓力容器各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則15 1.5壓力容器建造規(guī)范概述17 1.5.1ASME壓力容器建造規(guī)范介紹17 1.5.2歐盟壓力容器規(guī)范EN13445介紹18 1.5.3我國(guó)壓力容器規(guī)范介紹20 第2章壓力容器鋼材的選用22 2.1壓力容器用鋼的選用要求22 2.1.1壓力容器用鋼概述23 2.1.2壓力容器用鋼的化學(xué)成分要求30 2.1.3壓力容器用鋼的力學(xué)性能要求31 2.1.4壓力容器用鋼的可焊性要求36 2.1.5壓力容器用鋼的熱處理要求37 2.2鐵素體類(lèi)壓力容器用鋼強(qiáng)化與韌化38 2.2.1合金強(qiáng)化機(jī)理38 2.2.2壓力容器用鋼的韌化39 2.3壓力容器用鋼中的其他幾個(gè)問(wèn)題41 2.3.1壓力容器鍛件用鋼材及管材41 2.3.2復(fù)合鋼板42 2.4壓力容器設(shè)計(jì)選材中應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題43 2.4.1鋼材的各向異性問(wèn)題43 2.4.2鋼材厚度對(duì)鋼材性能的影響43 2.4.3壓力容器用鋼的耐蝕性44 2.4.4焊接材料選用44 2.4.5承壓法蘭密封接頭中緊固螺栓材料的選用44 2.5焊接接頭對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響45 2.5.1焊接接頭在焊接熱循環(huán)中的組織變化及脆裂45 2.5.2焊接接頭熱影響區(qū)抗腐蝕性能下降46 2.6鋼材長(zhǎng)期服役后的性能退化46 第3章中低壓容器的規(guī)則設(shè)計(jì)48 3.1壓力容器殼體的應(yīng)力分析48 3.1.1概述48 3.1.2回轉(zhuǎn)殼體的無(wú)力矩理論49 3.1.3圓柱殼軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題的有力矩理論61 3.1.4壓力容器的不連續(xù)分析66 3.2圓平薄板中的應(yīng)力75 3.2.1概述75 3.2.2圓板軸對(duì)稱(chēng)彎曲的基本方程76 3.2.3均布載荷下的圓板中的應(yīng)力79 3.2.4軸對(duì)稱(chēng)載荷下環(huán)形板中的應(yīng)力82 3.2.5帶平封頭圓筒的不連續(xù)分析88 3.3內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算91 3.3.1引言91 3.3.2圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算92 3.3.3設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定94 3.3.4耐壓試驗(yàn)96 3.3.5封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算97 3.4內(nèi)壓法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算105 3.4.1引言105 3.4.2兩種螺栓法蘭連接型式107 3.4.3公稱(chēng)直徑、公稱(chēng)壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用108 3.4.4法蘭的結(jié)構(gòu)類(lèi)型與應(yīng)用場(chǎng)合109 3.4.5墊片結(jié)構(gòu)類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)合111 3.4.6螺栓及其選用112 3.4.7法蘭設(shè)計(jì)113 3.4.8其他設(shè)計(jì)考慮因素129 3.4.9基于允許泄漏率準(zhǔn)則的法蘭設(shè)計(jì)方法129 習(xí)題130 第4章壓力容器的整體設(shè)計(jì)問(wèn)題133 4.1容器設(shè)計(jì)中的整體設(shè)計(jì)問(wèn)題概述133 4.1.1整體結(jié)構(gòu)分析及局部應(yīng)力問(wèn)題133 4.1.2局部應(yīng)力問(wèn)題處理原則136 4.1.3焊接結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不連續(xù)問(wèn)題140 4.2開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)140 4.2.1開(kāi)孔應(yīng)力集中及應(yīng)力集中系數(shù)140 4.2.2等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)法146 4.2.3平板封頭的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)148 4.2.4壓力面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)法148 4.2.5開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的分析法149 4.3臥式容器支座設(shè)計(jì)151 4.3.1鞍座結(jié)構(gòu)及載荷分析151 4.3.2筒體的應(yīng)力計(jì)算與校核156 4.3.3鞍座設(shè)計(jì)161 4.4局部應(yīng)力計(jì)算165 4.4.1引言165 4.4.2球殼和圓柱殼局部應(yīng)力的計(jì)算166 4.5承壓殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊接接頭安全分析177 4.5.1承壓殼體上焊縫布置的設(shè)計(jì)規(guī)則177 4.5.2承壓殼體焊接接頭的分類(lèi)規(guī)則177 4.5.3焊接接頭焊接的質(zhì)量保證179 4.5.4焊接接頭安全性評(píng)價(jià)181 習(xí)題182 第5章外壓容器設(shè)計(jì)183 5.1外壓容器的屈曲問(wèn)題183 5.2圓柱殼的屈曲理論187 5.2.1基本方程187 5.2.2外壓圓筒的臨界壓力189 5.2.3非彈性屈曲的工程計(jì)算191 5.3外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算192 5.3.1圖算法的原理192 5.3.2圖算法的計(jì)算步驟196 5.3.3有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定197 5.3.4加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)計(jì)算198 5.4外壓封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算200 5.4.1凸形封頭200 5.4.2錐形封頭201 5.4.3設(shè)計(jì)舉例202 5.5外壓法蘭的計(jì)算204 習(xí)題205 第6章壓力容器的分析設(shè)計(jì)方法206 6.1對(duì)壓力容器按規(guī)則設(shè)計(jì)方法的簡(jiǎn)要評(píng)述及分析設(shè)計(jì)方法的簡(jiǎn)介206 6.2基于線(xiàn)彈性分析的“應(yīng)力分類(lèi)”法209 6.2.1概述209 6.2.2容器的應(yīng)力分類(lèi)211 6.2.3各類(lèi)當(dāng)量應(yīng)力及限制215 6.2.4失效模式與當(dāng)量應(yīng)力限制條件之間的內(nèi)在聯(lián)系及技術(shù)原理216 6.2.5應(yīng)力分類(lèi)法的程序及應(yīng)用221 6.3容器的疲勞設(shè)計(jì)224 6.3.1容器的低循環(huán)疲勞破壞224 6.3.2低循環(huán)設(shè)計(jì)疲勞曲線(xiàn)的確定方法225 6.3.3疲勞設(shè)計(jì)曲線(xiàn)的平均應(yīng)力影響修正226 6.3.4容器疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)力分析230 6.4基于彈塑性分析的直接法235 6.4.1數(shù)值分析模型235 6.4.2失效模式及設(shè)計(jì)校核準(zhǔn)則236 6.4.3載荷及載荷工況240 習(xí)題243 第7章壓力容器防脆斷設(shè)計(jì)及疲勞裂紋擴(kuò)展壽命244 7.1斷裂力學(xué)的基本理論244 7.1.1線(xiàn)彈性斷裂理論245 7.1.2彈塑性斷裂分析247 7.1.3基于斷裂力學(xué)的安全評(píng)定原理249 7.1.4ASME BPVC第Ⅲ卷及Ⅸ卷中防脆斷設(shè)計(jì)方法249 7.2疲勞裂紋擴(kuò)展計(jì)算方法250 7.2.1疲勞裂紋擴(kuò)展速率250 7.2.2疲勞裂紋擴(kuò)展后的安全評(píng)定251 習(xí)題251 第8章低溫容器設(shè)計(jì)252 8.1鐵素體鋼的低溫韌脆轉(zhuǎn)變253 8.2歐美標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)防脆斷設(shè)計(jì)方法256 8.2.1ASME Ⅷ-1及Ⅷ-2的方法256 8.2.2EN13445的方法258 8.3我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)防脆斷設(shè)計(jì)方法260 8.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造中需注意的問(wèn)題262 8.5低溫壓力容器的材料選用及低溫鋼263 8.6奧氏體不銹鋼深冷容器應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)264 習(xí)題266 第9章高溫壓力容器設(shè)計(jì)267 9.1鋼材高溫下的蠕變變形與斷裂行為267 9.2表征金屬材料高溫強(qiáng)度的力學(xué)性能指標(biāo)270 9.3高溫壓力容器設(shè)計(jì)的規(guī)則設(shè)計(jì)法271 9.4高溫壓力容器分析設(shè)計(jì)的思路272 9.5高溫下純?nèi)渥儚?qiáng)度壽命設(shè)計(jì)的方法274 9.6高溫壓力容器疲勞設(shè)計(jì)及蠕變疲勞設(shè)計(jì)方法276 9.7法蘭靜密封接頭高溫防蠕變松弛泄漏設(shè)計(jì)展望279 第10章高壓及超高壓容器設(shè)計(jì)280 10.1高壓容器概述280 10.1.1高壓容器的工業(yè)應(yīng)用280 10.1.2高壓容器的建造規(guī)范281 10.1.3高壓筒體的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)選型281 10.2高壓容器的材料選用287 10.3厚壁承壓圓筒及球殼的應(yīng)力分析289 10.3.1厚壁圓筒的彈性理論289 10.3.2厚壁圓筒彈塑性應(yīng)力分析292 10.3.3厚壁圓筒的兩個(gè)屈服壓力295 10.3.4厚壁圓筒內(nèi)壓爆破壓力297 10.3.5厚壁圓筒溫差應(yīng)力299 10.4高壓容器的規(guī)則設(shè)計(jì)方法301 10.4.1高壓筒體及球殼壁厚計(jì)算301 10.4.2高壓密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)302 10.4.3高壓密封結(jié)構(gòu)中的零部件設(shè)計(jì)308 10.4.4高壓筒體端部與封頭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)316 10.4.5高壓容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)317 10.5高壓容器分析設(shè)計(jì)318 10.5.1高壓厚壁殼體的塑性垮塌強(qiáng)度計(jì)算法319 10.5.2高壓厚壁結(jié)構(gòu)多種失效模式的分析設(shè)計(jì)320 10.5.3高壓厚壁殼體的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)320 10.5.4材料彈塑性本構(gòu)方程新規(guī)322 10.6超高壓容器323 10.6.1超高壓容器的材料選用324 10.6.2超高壓容器厚壁、筒體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)327 10.6.3超高壓容器密封結(jié)構(gòu)327 10.6.4超高壓筒體的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)329 10.6.5超高壓容器的自增強(qiáng)處理329 習(xí)題333 附錄常用單位的換算表334 參考文獻(xiàn)336