压力容器制造的安全评定与风险分析-凯发k8官方网娱乐官方

压力容器制造的安全评定与风险分析

1分离器（产品编号94112007）的应力计算

应力分析采用有限元分析方法，分析中采用高级结构分析程度supersap - 91进行，该软件具有强大的前后处理功能，计算效率高、精度好。

1. 1计算依据

容器筒内径d i：500mm

容器设计压力p：0. 9mpa

碟形封头设计厚度s 1：3mm

筒体设计厚度s 2：3mm

容器材料：12x18h10t（俄罗斯牌号）

材料屈服强度σy：240mpa

材料抗拉强度σu：540mpa

封头和筒体连接处环焊缝最大错边量3mm

1. 2有错边时分离器的计算模型

分离器筒体与封头连接处环焊缝有错边量，主要是由于封头在制造时尺寸偏大造成的。致使封头与筒体组对焊接后产生较大的错边量。考虑到容器的实际情况，我们提出了计算模型。

0°位没有错边量， 180°位错边量最大（3mm） ，在0°～180°之间错边量逐渐增加。由于错边使结构产生非轴对称性，本文采用板壳单元进行有限元应力分析。计算模型共分2700个板壳单元和2701个节点，计算是在pentium586/ 75机器上进行的。

1. 3分离器应力计算结果

计算结果表明：在筒体，封头与筒连接处（约离连接线1mm）存在最高应力，其值达159. 08mpa ；在封头上，碟形封头经线大小圆相接处存在最高应力，其值达198. 46mpa。分离器总体应力分布、分离器封头与筒连接处应力分布和分离器碟形封头经线大小圆相接处应力分布图略。

2超标缺陷容器的强度评定

超标缺陷容器的强度评定是依据gb150 - 98和jb4732 - 95进行的。

gb150 - 98以弹性失效为设计准则，要求保证容器在工作时完全处于弹性状态，即容器上任一点的应力达到屈服就认为该容器已经失效，其应力强度判据为：σ≤<σ>强度理论采用最大剪应力理论。

jb4732 - 95以弹性分析为基础，根据不同应力对容器的不同危害对应力加以分类，并分别加以限制。如果结构是稳定与安定的，则允许结构出现局部塑性区。各类应力及其组合都应满足以下应力强度控制条件。

sⅰ= p m≤ks m sⅱ= p m + p l≤1. 5 ks m sⅲ= p m + p l + p b≤1. 5 ks m sⅳ= p m + p l + p b + q≤3s m sⅴ= p m + p l + p b + q + f≤s a其中： p m为总体一次薄膜应力， p l为局部一次薄膜应力， p b为一次弯曲应力， q为二次应力， f为峰值应力， s m为应力强度许用极限， s a为允许交变应力强度幅， k为载荷组合系数。

按gb150 - 98计算，封头与筒体连接处的应力均小于许用应力<σ> = 160mpa ，强度合格；碟形封头经线大小圆相接处的内壁有34. 85mm区域的应力超过160mpa ，强度不合格。

按jb4732 - 95的应力分类，碟形封头经线大小圆相接处存在一次弯曲应力p b，此时的应力由总体薄膜应力p m和一次弯曲应力p b组成，其应力强度许用极限为1. 5<σ> = 240mpa ，分离器封头经线大小圆相接处最高应力为198. 46mpa ，小于应力强度许用极限，强度合格。对于环焊缝连接区域存在二次应力q ，此时的应力由总体薄膜应力p m、一次弯曲应力p b和二次应力q组成，其应力强度许用极限为3 <σ> = 480mpa ，而封头与筒体连接处应力最高值为159. 08 ，小于应力强度许用极限，强度合格。

3风险分析

本抽样方法是在15台容器中抽取5台容器进行错边应力分析计算和强度评定。若5台容器均合格就判为全部15台容器合格，显然此计算结果需承担一定风险，为此必须进行风险度的分析。

设样本数为n ，抽数为n ，合格评定数为c ，则抽样方案为（ n ， n ， c） ，对本例而言为（15 ，5 ，0）。即15台容器中，抽取5台进行错边应力计算和强度评定，若5台中没有不合格者则判为全部容器合格。

令β代表不合格容器误判为合格容器的概率，对本例而言，即为本计算结果要承担的风险度。

如p 1表示极限质量水平，也称不合格品率，则l p 1 =θx 2 n p t k x ，2 c +2 =β式中l（ p 1）为概率， 2c + 2为x 2分布的自由度，x为变量， k（ x ，2c + 2）为函数。利用x 2分布的上侧分位点，可写为x 2β2 c + 2 = 2 n p 1.

按常规风险度取值β≈20% ，则本例抽样5台只能推断15台容器中的10台容器合格，即另5台容器难以推断其合格与否。否则承担风险很大。

4结论

（1）对5台含几何超标缺陷的容器进行有限元计算表明，无论是带错边的容器还是带褶皱的容器，其最大应力位置并不在封头与筒体连接处，而是处在碟形封头经线大小圆相接处。

（2）除分离器（94112007）和容器（940404）外，其余容器的应力皆满足gb150 - 89的强度要求；分离器（94112007）和容器（940404）的应力状况满足jb4732 - 95的强度要求。

（3）从15台含几何超标缺陷容器中选取5台进行应力计算和强度评定，计算结果具有一定的风险。若按一般风险度为20 %左右估计，则可能出现的不合格品率为1/ 3 ，即本例的抽样数全部合格只能推断15台容器中的10台容器合格，另5台容器难以推断其合格与否。