引言

压力容器一向被普遍运用于煤油、化工、机器、核产业、航天等各个行业。由于压力容器在承压形态下处事，况且所管教的介质多为高温或易燃易爆，一旦产惹祸故，将会对人们的性命和财富孕育不行揣度的损失。

而跟着煤油化工及其余行业的快速进展，很多压力容器要承袭交变载荷，譬喻经常开罢工、压力摇动、温度变动等，使得容器中应力跟着时候成周期性或无规矩变动。临盆范围的大型化和高参数（高压、高温、低温）也使得高强度材料普遍运用于压力容器，这些要素的组合孕育了压力容器产生劳累生效的事情增进。

1轮回的根基特点

以单向应力形态为例，主应力随时候的变动规律见图1，标识σmax和σmin提醒轮回的最大应力和最小应力，轮回特点用r=σmin/σmax提醒。任何一个应力轮回均也许看做由稳定的均匀应力σm=0.5(σmax+σmin)和应力幅σa=0.5(σmax-σmin)按对称轮回变动的应力叠加的了局。

图1轮回特点

表1几中模范的交变应力变动规律

2打算劳累弧线

JB-（年确认）《钢制压力容器—解析打算准则》供给的打算劳累弧线（S-N弧线）是基于平滑试件劳累数据，琢磨了均匀应力、温度、处境等影响，对应力幅取2的平安系数，劳累寿命取20（数据分开度2×尺寸要素2.5×表面毛糙度及处境要素4）的平安系数获得的。

打算劳累弧线需求注视：

(1)连接劳累强度衰弱系数后可对焊接件或其余缺口施行劳累评定；

(2)平安裕度是经过平安系数断定的，是牢固的，并非按统计学办法断定，即生效几率未知；

(3)S-N弧线是基于材料的，每一类材料对应一条弧线。

（a）温度不超出℃和Sa≤MPa

（b）温度不超出℃和Sa＞MPa

图2奥氏体不锈钢的打算劳累弧线

3影响劳累寿命的要素

※均匀应力的影响

劳累弧线是在轮回特点r=-1的状况下得出的，而现实处事中的压力容器很少在对称轮回载荷下处事，于是就存在一个均匀应力对劳累寿命的影响题目。

均匀应力到底对劳累寿命带来甚么样的影响是一个特别繁杂的题目。个别定性说：在给定的加载幅值下，拉伸均匀应力使寿命收缩而收缩均匀应力也许使寿命增加。

准则中供给应打算者的S-N劳累弧线都是曾经计及了均匀应力的影响。在劳累解析中，停止的应力何如琢磨？准则中精确“只要琢磨由划定的疏通轮回所引发的应力，而无需琢磨在轮回中稳定动的任何载荷或温度形态所孕育的应力，由于它们是均匀应力，而均匀应力的最大也许影响已包含在劳累打算弧线中”。于是，在运用S-N弧线时，只要要用应力的摇动部份和许用应力幅相对比，而不用去琢磨在轮回中稳定的应力。

※容器机关

应力的巨细对压力容器的劳累寿命起决意性的影响。机关中有也许引发应力集合的部位，都邑影响容器的劳累寿命。应力集合致使容器劳累承载本领升高的水平可用劳累强度衰弱系数Kf来提醒，Kf的界说为：

Kf和应力集合系数Kt不相同，Kt仅响应机关个别不延续的特点，况且仅指机关全体处于弹性形态时的特点；而Kf的巨细不但与Kt相关，况且还与应力梯度、材料、载荷类别相关。

※容器表面功用

劳累裂纹个别在容器表面上形核，容器表面形态对劳累寿命有显著影响。毛糙表面上的沟痕会引发应力集合，改革材料对劳累裂纹形核的本领。残存应力会改革均匀应力和容器的劳累寿命。收缩残存应力也许抬高劳累寿命，拉伸残存应力会升高劳累寿命。抬高容器的表面原料、在表面引入收缩残存应力都是抬高压力容器劳累寿命的有用道路。

※处境要素

温度会影响容器劳累寿命：在低于材料蠕变温度的领域内，温度抬高，容器的劳累寿命下落，但不严峻，也许经过温度对材料弹性模量的影响来响应。假如温度超出蠕变温度，容器受蠕变和交变载荷联协影响，状况会变得特别繁杂，当今尚不够充满的实验数据。解析打算准则请求打算温度低于刚刚蠕变温度。

侵蚀性介质对容器的侵蚀体此刻使容器表面的毛糙度增进、升高材料抗劳累功用以及减小容器有用承载截面、抬高现实处事应力，进而使得容器的劳累寿命大大升高。侵蚀与交变载荷联协影响所引发的侵蚀劳累是压力容器最危险的生效式样之一，但由于侵蚀介质的各类化，使得侵蚀和交变载荷联协影响下的探索变得特别繁杂，尚未形陈模范，于是解析打算准则中未琢磨侵蚀对钢材抗劳累功用的影响。

4劳累解析案例

图3机关尺寸示企图

某立式容器，机关尺寸示企图见图3，处事载荷为内压0-1.2MPa加压、卸压轮回，每小时4次，年操纵时候为h，设施瞻望打算寿命为10年，处事温度80-℃。

4.1前提解析

(1)静强度打算前提：打算压力取1.3MPa，打算温度取℃。

(2)轮回载荷前提：每15min处事压力由0-1.2MPa摇动一次，筹划压力取1.3MPa，打算温度℃。

(3)连接工艺物料及温度、压力，选材S，材料特点参数见下表：

4.2解析打算初算

(1)劳累解析罢职的断定

采用3.10.2.1组辨别前提决断，对常温抗拉强度Rm≤MPa的钢材，Σn＜0次可罢职劳累解析。

a.包含启动和泊车在内的全领域压力轮回的瞻望次数：

n1=10××4（次）=3.2×次＞0次

于是部份的轮回次数已超出0次，估生气足罢职前提，容器应施行劳累解析。

(2)筒体厚度筹划

(3)椭圆封头厚度筹划

采纳准则椭圆封头r/Di=0.17，Pc/KSm=1.3/=0.(纵坐标)

查图7-1得横坐标

综上筹划，取筒体和椭圆封头的壁厚初始值为5mm。

4.3解析筹划

(1)建模及网格区分

下列重心解析封头与接受延续的个别地域，并凭借容器的特点对机关简化，取1/4模子（疏忽法兰的），用于有限元解析的模子见图4，网格区分了局见图5。本模子要紧采纳六面体主宰网格区分办法。单位类别是Solid和Solid单位。此中节点数，单位数为。

图4有限元解析模子

图5网格区分

(2)边境及载荷前提

配置A、B平面为对称面，束缚筒体C面X向位移，在内壁面施加压力1.3MPa，在接受端面施加等效接受力，如图6所示。

图6边境及载荷前提提醒

(3)了局及评定

有限元解析了局见图7所示，最大应力强度为.53MPa，接受与封头延续的个别地域。

图7应力散布云图

凭借解析获得的应力散布云图以及本身机关特点，在模子上采选4条路线，如图8所示。详细评天命据下列表所示。线性化路线采选绳尺为：（1）经过等效应力最大节点，并沿壁厚方位的最短间隔设定路线。（2）关于相对高应力地域，路线沿壁厚方位采选。

图8线性化管教路线

应力评定表

(4)劳累解析评定

在打算载荷前提下，从应力解析看来，封头与接受延续处四周的应力强度值最大，最大应力值为.53MPa，故对此应力最大地位施行劳累评定。

在一切应力轮回(打算载荷P=1.3MPa)中最大应力强度值为.53MPa。在处事压力轮回（0～1.2MPa）中的应力幅Sr=.53MPa，交变应力强度幅为Sa=.53/2=69.MPa。

本主容器的打算温度为℃小于℃，且Sa≤MPa，查图2得劳累寿命为，大于容器打算寿命3.2×。于是，设施的运转寿命餍足需求，劳累校核经过。

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