第1章壓力容器設(shè)計概論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6 1.1.3壓力容器設(shè)計的基本要求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、品種劃分9 1.2.4我國壓力容器安全監(jiān)管中的壓力容器分類9 1.3我國壓力容器安全監(jiān)管及質(zhì)量保證體系11 1.3.1設(shè)計環(huán)節(jié)和設(shè)計管理11 1.3.2壓力容器材料質(zhì)量保證12 1.3.3制造過程與制造中的質(zhì)量檢驗12 1.3.4長期服役過程中的檢驗與監(jiān)控13 1.4壓力容器的失效模式及設(shè)計準(zhǔn)則概述14 1.4.1壓力容器常見的失效模式14 1.4.2壓力容器各國設(shè)計規(guī)范中常用的設(shè)計準(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問題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)計選材中應(yīng)考慮的幾個問題43 2.4.1鋼材的各向異性問題43 2.4.2鋼材厚度對鋼材性能的影響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)殼體的無力矩理論49 3.1.3圓柱殼軸對稱問題的有力矩理論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圓板軸對稱彎曲的基本方程76 3.2.3均布載荷下的圓板中的應(yīng)力79 3.2.4軸對稱載荷下環(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)計計算91 3.3.1引言91 3.3.2圓筒和球殼的設(shè)計計算92 3.3.3設(shè)計參數(shù)的規(guī)定94 3.3.4耐壓試驗96 3.3.5封頭的設(shè)計計算97 3.4內(nèi)壓法蘭的設(shè)計計算105 3.4.1引言105 3.4.2兩種螺栓法蘭連接型式107 3.4.3公稱直徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用108 3.4.4法蘭的結(jié)構(gòu)類型與應(yīng)用場合109 3.4.5墊片結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合111 3.4.6螺栓及其選用112 3.4.7法蘭設(shè)計113 3.4.8其他設(shè)計考慮因素129 3.4.9基于允許泄漏率準(zhǔn)則的法蘭設(shè)計方法129 習(xí)題130 第4章壓力容器的整體設(shè)計問題133 4.1容器設(shè)計中的整體設(shè)計問題概述133 4.1.1整體結(jié)構(gòu)分析及局部應(yīng)力問題133 4.1.2局部應(yīng)力問題處理原則136 4.1.3焊接結(jié)構(gòu)帶來的不連續(xù)問題140 4.2開孔及開孔補強(qiáng)設(shè)計140 4.2.1開孔應(yīng)力集中及應(yīng)力集中系數(shù)140 4.2.2等面積補強(qiáng)設(shè)計法146 4.2.3平板封頭的開孔補強(qiáng)設(shè)計148 4.2.4壓力面積補強(qiáng)設(shè)計法148 4.2.5開孔補強(qiáng)設(shè)計的分析法149 4.3臥式容器支座設(shè)計151 4.3.1鞍座結(jié)構(gòu)及載荷分析151 4.3.2筒體的應(yīng)力計算與校核156 4.3.3鞍座設(shè)計161 4.4局部應(yīng)力計算165 4.4.1引言165 4.4.2球殼和圓柱殼局部應(yīng)力的計算166 4.5承壓殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計規(guī)則177 4.5.2承壓殼體焊接接頭的分類規(guī)則177 4.5.3焊接接頭焊接的質(zhì)量保證179 4.5.4焊接接頭安全性評價181 習(xí)題182 第5章外壓容器設(shè)計183 5.1外壓容器的屈曲問題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算191 5.3外壓圓筒的設(shè)計計算192 5.3.1圖算法的原理192 5.3.2圖算法的計算步驟196 5.3.3有關(guān)設(shè)計參數(shù)的規(guī)定197 5.3.4加強(qiáng)圈的設(shè)計計算198 5.4外壓封頭的設(shè)計計算200 5.4.1凸形封頭200 5.4.2錐形封頭201 5.4.3設(shè)計舉例202 5.5外壓法蘭的計算204 習(xí)題205 第6章壓力容器的分析設(shè)計方法206 6.1對壓力容器按規(guī)則設(shè)計方法的簡要評述及分析設(shè)計方法的簡介206 6.2基于線彈性分析的“應(yīng)力分類”法209 6.2.1概述209 6.2.2容器的應(yīng)力分類211 6.2.3各類當(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)力分類法的程序及應(yīng)用221 6.3容器的疲勞設(shè)計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)計疲勞曲線的確定方法225 6.3.3疲勞設(shè)計曲線的平均應(yīng)力影響修正226 6.3.4容器疲勞設(shè)計中的應(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)的安全評定原理249 7.1.4ASME BPVC第Ⅲ卷及Ⅸ卷中防脆斷設(shè)計方法249 7.2疲勞裂紋擴(kuò)展計算方法250 7.2.1疲勞裂紋擴(kuò)展速率250 7.2.2疲勞裂紋擴(kuò)展后的安全評定251 習(xí)題251 第8章低溫容器設(shè)計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我國標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)防脆斷設(shè)計方法260 8.4結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造中需注意的問題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)計的規(guī)則設(shè)計法271 9.4高溫壓力容器分析設(shè)計的思路272 9.5高溫下純?nèi)渥儚?qiáng)度壽命設(shè)計的方法274 9.6高溫壓力容器疲勞設(shè)計及蠕變疲勞設(shè)計方法276 9.7法蘭靜密封接頭高溫防蠕變松弛泄漏設(shè)計展望279 第10章高壓及超高壓容器設(shè)計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)計方法301 10.4.1高壓筒體及球殼壁厚計算301 10.4.2高壓密封結(jié)構(gòu)設(shè)計302 10.4.3高壓密封結(jié)構(gòu)中的零部件設(shè)計308 10.4.4高壓筒體端部與封頭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計316 10.4.5高壓容器的開孔補強(qiáng)317 10.5高壓容器分析設(shè)計318 10.5.1高壓厚壁殼體的塑性垮塌強(qiáng)度計算法319 10.5.2高壓厚壁結(jié)構(gòu)多種失效模式的分析設(shè)計320 10.5.3高壓厚壁殼體的開孔補強(qiáng)設(shè)計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超高壓筒體的開孔補強(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