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1、 ASME -1ASME -1、-2-2介绍介绍 （和设计有关的内容和设计有关的内容） 湖南百利湖南百利吴朝吴朝 ASMEASME规范体系规范体系n是是美国机械工程师美国机械工程师学会学会(ASME)(ASME)的行业标准，只的行业标准，只有在地方政府有在地方政府的的安全监察部门以法律形式认可安全监察部门以法律形式认可情况下才能成为法定控制产品质量的技术法规情况下才能成为法定控制产品质量的技术法规，未提及容器分类未提及容器分类n是包括各种材料、是包括各种材料、制造方法制造方法、容器类型的标准，容器类型的标准，材料、材料、设计、制造、设计、制造、无损检测、焊接工艺等都无损检测、焊接工艺等都可由各
2、卷可由各卷ASMEASME规范解决规范解决( (封闭式规范封闭式规范) )n三年一版，一年一个增补，每年二次条款解释，三年一版，一年一个增补，每年二次条款解释，规范案例规范案例 GB 150GB 150的体系的体系 含含GB 151GB 151，JB 4732JB 4732等等n以以压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程为框架的具为框架的具体执行标体执行标( (现改为现改为简单压力容器安全技术监简单压力容器安全技术监察规程察规程、固定式容器安全技术监察规程固定式容器安全技术监察规程) ) ，按容器的潛在危险程度分为三类，按容器的潛在危险程度分为三类n还涉及一系列其它标准还涉及一系列其
3、它标准:GB 151:GB 151，JB 4732JB 4732，GB GB 1674916749，JB/T 4710JB/T 4710，JB/T 4731JB/T 4731，JB/T 4735JB/T 4735和和铝制、铝制、钛制、铜制、镍和镍合金制容器等，并钛制、铜制、镍和镍合金制容器等，并和钢制压力容器焊接工艺评定、钢制压力容器和钢制压力容器焊接工艺评定、钢制压力容器焊接规程、承压设备无损检测等标准配套使用焊接规程、承压设备无损检测等标准配套使用n不定期出版和修改不定期出版和修改(GB 150(GB 150已在修改已在修改) ) ASMEASME规范的适用范围规范的适用范围nASME -
4、1ASME -1适用于所设计容器的内压或外压超过适用于所设计容器的内压或外压超过100kPa100kPa，内压力不超过内压力不超过20MPa20MPa的固定式压力容器的固定式压力容器，但符合规范相应要求的任何压力容器，可以打但符合规范相应要求的任何压力容器，可以打U U钢印钢印nASME -2ASME -2也适用于固定式压力容器，其規则没也适用于固定式压力容器，其規则没有規定的压力范围，但并不包括所有的结构型式有規定的压力范围，但并不包括所有的结构型式。对极高的压力，可能需要作出某些补充，容器仍对极高的压力，可能需要作出某些补充，容器仍能满足规范一切要求后，能满足规范一切要求后，可以打可以打规
5、范规范钢印钢印nASME -3ASME -3适用于通常超过适用于通常超过70MPa70MPa的金属固定式压的金属固定式压力容器。但既不旨在規定力容器。但既不旨在規定-1-1或或-2-2的压力上限，的压力上限，也不旨在規定也不旨在規定-3-3的压力下限的压力下限n各册都适用于疲劳分析容器，都未涉及达到蠕变各册都适用于疲劳分析容器，都未涉及达到蠕变温度的容器温度的容器 GB 150GB 150等等的适用范围的适用范围nGB 150GB 150适用于设计压力为适用于设计压力为0.1MPa0.1MPa35MPa35MPa、真、真空度不低于空度不低于0.02MPa0.02MPa的非直接火钢制固定式压的非
6、直接火钢制固定式压力容器，力容器，不适用于要求作疲劳分析的容器不适用于要求作疲劳分析的容器 nJB 4732JB 4732适用于设计压力为适用于设计压力为0.1MPa0.1MPa100MPa100MPa、真空度不低于真空度不低于0.02MPa0.02MPa的非直接火钢制固定式的非直接火钢制固定式压力容器压力容器，且明确为，且明确为按分析设计标准按分析设计标准nGB 151GB 151适用于公称压力不大于适用于公称压力不大于35MPa35MPa、公称直、公称直径不大于径不大于2600mm2600mm，且公称压力和公称直径的乘，且公称压力和公称直径的乘积不大于积不大于10000MPa10000MP
7、ammmm的钢制管壳式換热器的钢制管壳式換热器n都未涉及都未涉及温度达到蠕温度达到蠕变变范围的容器范围的容器 设计参数和有关的问题设计参数和有关的问题 安全系数安全系数-1 -1 n nT T=3.5 =3.5 n ny y=1.5 =1.5 -2 -2 n nT T=2.4 =2.4 n ny y=1.5 =1.5 GB GB 150 150 n nb b=3.0 =3.0 n ns s=1.6 =1.6 ( (将将改改为为n nb b=2.7 =2.7 n ns s=1.5 )=1.5 )JB JB 4732 4732 n nb b=2.6 =2.6 n ns s=1.5 =1.5 ( (
8、将将改改为为 n nb b=2.4 =2.4 n ns s=1.5)=1.5) 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (1)(1)开孔接管所引起的问题开孔接管所引起的问题受受载载截截面面积积的的削削弱弱，是是指指承承受受最最大大主主应应力力方向的截面方向的截面开孔应力集中，其高应力区和孔径开孔应力集中，其高应力区和孔径d d成正比成正比接接管管所所致致附附加加边边缘缘应应力力，在在元元件件上上和和 成正比，在接管上的高应力区和成正比，在接管上的高应力区和 成正比成正比开开孔孔补补强强的的设设计计准准则则，主主要要原原理理及及其其相相互互关关系系 等面积法等面积法 压力面积法压力面积法 压力面积应力
9、法压力面积应力法 弹弹- -塑性失效法塑性失效法 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (2)(2) 对对开开孔孔形形状状和和尺尺寸寸的的限限制制 UG-36UG-36，一一般般d d/ /D D限于限于1/2-1/31/2-1/3，椭圆或长圆形孔其长短径比为，椭圆或长圆形孔其长短径比为2 2 不不需需补补强强（包包括括补补强强计计算算和和措措施施）的的开开孔孔尺尺寸，原理分析寸，原理分析 应应力力校校正正系系数数 原原理理分分析析，开开孔孔直直径径 UG-UG-37(a)37(a)，附录，附录L-7.7L-7.7ASME不需要补强n对于压力不急剧波动的容器上的开孔，下列情况不需要补强 1.用焊接
10、、钎焊和翻边的连接件，满足相应的规则，其开孔不大于： 1）89mm直径，在最小需要厚度为10mm或更小的容器的壳体或封头。 2） 60mm直径，在最小需要厚度为10mm以上的容器的壳体或封头。 2.螺纹、螺栓或胀接的连接件，其在壳体或封头上切出的开孔不大于60mm直径。老师的解释n开孔小应力集中系数不很大，壳体厚度越大说明壳体的厚度与接管的厚度差越大。n接管有厚度等级。 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (3)(3)孔边的应力集中孔边的应力集中各种孔在球壳和圆筒上的布置各种孔在球壳和圆筒上的布置 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (4)(4)应力校正系数应力校正系数F F周向斜开孔分析周向斜开
11、孔分析(09A(09A略有修改略有修改) ) 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (5)(5) 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (6)(6) 大开孔补强大开孔补强的压力面积法的压力面积法 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (7)(7) 大开孔补强大开孔补强的压力面积法的压力面积法n附录附录1-71-7的公式的公式n和压力面积法的公式等同和压力面积法的公式等同 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (8)(8) 接接管管颈颈部部的的厚厚度度（UG-45UG-45）除除考考虑虑强强度度外外，还还考考虑接管和壳体厚度的协调虑接管和壳体厚度的协调 补补强强件件的的强强度度及及焊焊缝缝校校核核途途径径（UG
12、-41UG-41）对对于于非非整整体体补补强强者者（指指接接管管和和壳壳体体用用非非全全焊焊透透连连接接，或或带带有有补补强强板板时时），要要对对各各途途径径的的强强度度进进行行校校核核，即即该该途途径径上上连连接接焊焊缝缝的的强强度度应应不不小小于于能能起起补补强强材材料的强度料的强度 接接管管与与壳壳体体间间连连接接焊焊缝缝的的要要求求 UW-15UW-15，UW-16UW-16，规规范范已已列列出出了了具具体体的的结结构构和和各各部部尺尺寸寸，对对补补强强圈圈和非全焊透结构，要求校核填角焊缝的强度和非全焊透结构，要求校核填角焊缝的强度09A09A增加了增加了UG-37(h)UG-37(h
13、)关于采用关于采用分块式补强圈分块式补强圈的规定的规定 开孔及其补强开孔及其补强设设计计 (9)(9) GB 150GB 150的主要区别的主要区别n(1)(1)未引入应力校正系数未引入应力校正系数F F，对某些斜接管或多个开孔，对某些斜接管或多个开孔补强无法计算补强无法计算n(2)(2)列入不另行补强的规定，对某些设计会引起问题列入不另行补强的规定，对某些设计会引起问题n(3)(3)未提及开孔是否可以通过焊缝、未提及开孔是否可以通过焊缝、哪类焊缝哪类焊缝、如通如通过应采取何种补偿措施过应采取何种补偿措施n(4)(4)未提及大开孔补强未提及大开孔补强n(5)(5)除引入附录除引入附录J J外，
14、未提及角接接头的强度校核要求外，未提及角接接头的强度校核要求n(6)(6)未提及邻近连接元件处接管颈的厚度要求未提及邻近连接元件处接管颈的厚度要求n(7)(7)规定规定: :在成型封头过渡部分开孔时，孔的中心线在成型封头过渡部分开孔时，孔的中心线宜宜垂直于封头表面垂直于封头表面冲击试验nASME引入了调整系数nGB150允许小试样 分析设计方法的由来分析设计方法的由来 及其总体思想及其总体思想n压力容器规范的发展（由最早的计算爆破压力，压力容器规范的发展（由最早的计算爆破压力，陆续引入其它失效，直到引起分析设计陆续引入其它失效，直到引起分析设计) )n压力容器元件设计的应力计算方法压力容器元件
15、设计的应力计算方法( (主要是板主要是板壳理论，少量是材料力学和弹性力学壳理论，少量是材料力学和弹性力学，有限元，有限元) )n失效模式和失效准则失效模式和失效准则nASME -2ASME -2，建造规则和建造另一规则，按规，建造规则和建造另一规则，按规则设计和按分析设计则设计和按分析设计n各国标准都接受各国标准都接受应力分类及其评定的应力分类及其评定的思想思想，JB JB 47324732，CODAPCODAP，BS 5500BS 5500，ADAD，JISJIS，EN 13445EN 13445，新版，新版ASME -2 -3(09A)ASME -2 -3(09A) 应力分类及其限制条件应
16、力分类及其限制条件 (1)(1)l是主要地建立在是主要地建立在( (薄薄) )板壳理论计算所得应力基板壳理论计算所得应力基础上的分类础上的分类( (原原-2-2的公式在的公式在20072007版全部删除版全部删除) )l应力分类的出发点：应力分类的出发点： (a)(a) 产生应力的载荷原因产生应力的载荷原因 机械机械( (均布，集均布，集中中) )，温差，温差 (b)(b) 导出应力的方法导出应力的方法( (外载和内力的平衡，外载和内力的平衡，变形协调变形协调) ) (c)(c) 应力存在的范围应力存在的范围( (容器总体，局部容器总体，局部) ) (d)(d) 应力性质应力性质( (沿厚度均
17、匀分布，线性分沿厚度均匀分布，线性分布，非线性分布分量布，非线性分布分量) ) 应力分类及其限制条件应力分类及其限制条件 (2)(2)l应力分类：应力分类： 一次应力，特征：不具自限性一次应力，特征：不具自限性 (1) (1) 总体一次薄膜应力总体一次薄膜应力P Pm m，不会由于屈服，不会由于屈服而引起载荷而引起载荷( (应力应力) )的再分布的再分布 (2) (2) 局部一次薄膜应力局部一次薄膜应力P PL L( (是特殊类别，是特殊类别，不以有无自限性界定，仅以不以有无自限性界定，仅以“局部局部”和和“薄薄 膜膜”界定界定) ) (3) (3) 一次弯曲应力一次弯曲应力P Pb b 应力
18、分类及其限制条件应力分类及其限制条件 (3)(3) 二次应力二次应力Q Q，特征：具有自限性，可以是薄膜、，特征：具有自限性，可以是薄膜、弯曲弯曲，局部屈服和小量变形可以使引起这种应，局部屈服和小量变形可以使引起这种应力的条件消失，一次性施加这种载荷是不会导力的条件消失，一次性施加这种载荷是不会导致失效的致失效的 峰值应力峰值应力F F，特征：不会引起任何显著的变形，特征：不会引起任何显著的变形，之所以对强度有害仅因为是一种可能导致疲劳之所以对强度有害仅因为是一种可能导致疲劳裂纹或脆性断裂的原因。裂纹或脆性断裂的原因。( (未提及沿厚度的分未提及沿厚度的分布，但在分类表中，则提及可以是薄膜、弯
19、曲、布，但在分类表中，则提及可以是薄膜、弯曲、非线性非线性)()(也未提及有无自限性也未提及有无自限性) )由板壳理论求解不连续问题由板壳理论求解不连续问题按无力矩理论引起的脱节按无力矩理论引起的脱节为连续而加上力矩和剪力为连续而加上力矩和剪力最终结果最终结果 边缘力矩和边缘剪力边缘力矩和边缘剪力由边缘剪力和力矩由边缘剪力和力矩引起的边缘应力引起的边缘应力具有自限性和衰减性具有自限性和衰减性 边缘应力的自限性分析边缘应力的自限性分析 一次一次( (薄膜薄膜弯曲弯曲) )应力应力 的极限分析的极限分析由矩形截面梁受拉伸和弯曲导出由矩形截面梁受拉伸和弯曲导出 二次应力二次应力( (有有自限性自限性
20、) ) 的安定性分析的安定性分析设为理想弹设为理想弹- -塑性材料塑性材料 应力分类及其限制条件应力分类及其限制条件n应力分类及其限制条件应力分类及其限制条件 P Pm mS Sm m P PL L1.51.5S Sm m P Pm m( (P PL L)+)+P Pb b1.51.5S Sm m P Pm m( (P PL L)+)+P Pb b+ +Q QS Spsps P Pm m( (P PL L)+)+P Pb b+ +Q Q+ +F F22S Sa a S Spsps=max=max3 3S Sm m，2 2s s要求要求5 5个条件同时满足个条件同时满足 应力分类及其限制条件应力分类及其限制条件HopperHopper图图 EN 13445EN 13445 对总应力的分解对总应力的分解和和分类分类 (2)(2)1 1 支承线支承线 2 2 薄膜应力薄膜应力 3 3 弯曲应力弯曲应力 4 4 非线性非线性 总应力的线性化总应力的线性化 ( (应力积分法应力积分法) )结束n谢谢！
