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压力容器可靠性设计安全系数计算方法分析
华东化工学院在
本文对压カ容器可性与安全系数之间的关系提出了看法,介绍了豐前机械设计中
几种安全系数计算方法,分析了各种算式的优缺点、造应性和使用范国,并列出计算图
表y在各种算式比较的基础上提出了何种类型算法适用于压カ容器设计。
概述
安金系的计算
安全系数是机械设计中一个很关键的指
1均商型安全系数[2)(又称平均安全
标。它的取值大小,关系到机械强度的可靠系数)
性,也涉及勁设备成本的高低。在机械强度
它定义安全系数的表达式为
设计中,袷当的选取安全系数,可保证机械
设备的最住工作状态,是十分重要的闯题
材料强度指标
截面应力
安全系数与一系列因素有关。它涉及到
材料强度用r表示,又称材料抗力,平
载荷、材料机械性能、计算理论、失效型均值为r,即指材將强度手册上所列出的数
式、强度判据、铜造工艺、使用条件、检测据。如屈服强度、抗拉强度等。
和质量控制等多方面问题。研究安全系数,
截画应力用S表示,受载截面上的应力平
应当解决二个问题,一是能定性地列出各种均值,又称载荷效应,用S表示。
因素与安全系数之间的函数关系,二是能定
从目前85年版规定()来看,许用安全
量求出安全系数的具体数值。
系数定义为
压力容器是石油化工行业中常用的设
〔n=杖料强度揎标
备。已颁布的85年版〔规定〕1总结前ル十
许用应力
年国内外压力容器安全使用经验,对安全系
零件中实际的安全系数定义为
数取值作出了规定。但其中也存在着不足之
材料强度指标
处,它没有提出一个明确的计算式,没能反
n实三截面工作应力
映可靠度与安全系数的关系。
〔n〕或卫实也是属于均商型安全系数
安全系效从某种意义上说,反映了科学
下列三种表达式。与式(1)略有不同,
技术的水平。近来,由于科技的发展,安全这是因使用情况不同而导出的。
系敬取值逐渐降低,但还不能完全脱离经验
材料强度
性的取值,带有一定直目性,因此要求安全
工作应力
系數的研究走向函数型。
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当前国内外一些行业,诸如航空、电
rmin
子、原子能、建筑等正在推广新设计方法
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可靠性設计。对安全系效的计算有了新的
均商型安全系数,物理意义明确,表达式
发展,有的已陆续应用于机械设计。
简明,对容器设计来说,有多年使用经验,乐
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于为人们采用,但也存在二个问题。
容器安全可靠度。
其一是材料强度取平均值,只能反映平
2。概率型安全系数(简称概安全来
均值对安全系数的影响,而设有反映材料强数)
度数据分散性对其形响。材料强度与金属成
平均安全系数在传统的设计中经常使用
分、洽炼、轧钠、热处理条件请因素有关,传统设计理论将各种设计参量看成固定不变
甚至批号炉号差异,也会引起强度性能变的量,安全系数亦系固定不变量,而可靠性
化,强度指标的分散性对安全系数有影响,论认为各设计参量是可变量,安全系数也
式(1)只有在材料强度分布和截面应力分布是变化着的量,各设计参量和安全系数有
互不干涉的情况下,也即只有在强度分散性定的分布规律,可用慨率理论描述其分布规
极小的情况下才能使用。截面应力和材料强律。因此在可择性工程中,概率型岁全系数
度分布如图1所示,当?≥1时可认为失效,概nR定义为在某一概率值(a%)下材料的
率为零。
最小强度(抗力)r。(min)与在另一概率值
R
(b%)下可能出现的最大应力(最大載荷
R(%
效
)之比值〔)。
%可
可靠度
(max)
一般可规定强度最低值取概率为a=95%的
下限值,截面应力取概率为b=99%的上限
值
图1安全系数(分散性小的情况)
1-1.65V:)
3
(1+2,33Vs)S
(
Ⅴ,指材料强度的变异系数
v.=材料标准差
材料平均值
V,指工作应力く截面)的变异系数
v,=一应立标准差=?
Snax
1.65数值是根据概率为95%由标准正态
图2安全系数(分散性较大情况)
积分表查出的可靠性系数
当应力和材料强度数据比較分散,即分
2.33系接概率为99%由标准正积分表
散性较大时(见图2),两条分布曲线互有查出的可靠性系数u
干涉。这时采用式(1),便会产生错误,有
如取a=50%,b=50%即得概率型平均
可能造成压力容器的失效。严格地说,应用安全系数,所以
安全系数时要考虑平均值和分散性综合影
其二是平均安全系数没有与可靠度相联
可靠度系数u与材料强度r,应力s之
系,平均安全系数的高低,反映不出压力容间有如下关系
器实际安全可靠度,因此,有时为了安全起
见,航片面提高安全系数,但不一定能提高
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