第1章壓力容器設計概論1 1.1壓力容器的基本結構2 1.1.1壓力容器的基本構造2 1.1.2壓力容器結構的基本特點6 1.1.3壓力容器設計的基本要求7 1.2壓力容器相關法規(guī)及技術標準7 1.2.1壓力容器的特種設備屬性7 1.2.2我國特種設備法規(guī)標準體系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)管及質量保證體系11 1.3.1設計環(huán)節(jié)和設計管理11 1.3.2壓力容器材料質量保證12 1.3.3制造過程與制造中的質量檢驗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計準則概述14 1.4.1壓力容器常見的失效模式14 1.4.2壓力容器各國設計規(guī)范中常用的設計準則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成分要求30 2.1.3壓力容器用鋼的力學性能要求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化與韌化38 2.2.1合金強化機理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復合鋼板42 2.4壓力容器設計選材中應考慮的幾個問題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焊接接頭對結構安全性的影響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)則設計48 3.1壓力容器殼體的應力分析48 3.1.1概述48 3.1.2回轉殼體的無力矩理論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力79 3.2.4軸對稱載荷下環(huán)形板中的應力82 3.2.5帶平封頭圓筒的不連續(xù)分析88 3.3內壓薄壁容器的設計計算91 3.3.1引言91 3.3.2圓筒和球殼的設計計算92 3.3.3設計參數(shù)的規(guī)定94 3.3.4耐壓試驗96 3.3.5封頭的設計計算97 3.4內壓法蘭的設計計算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、法蘭標準及其應用108 3.4.4法蘭的結構類型與應用場合109 3.4.5墊片結構類型和應用場合111 3.4.6螺栓及其選用112 3.4.7法蘭設計113 3.4.8其他設計考慮因素129 3.4.9基于允許泄漏率準則的法蘭設計方法129 習題130 第4章壓力容器的整體設計問題133 4.1容器設計中的整體設計問題概述133 4.1.1整體結構分析及局部應力問題133 4.1.2局部應力問題處理原則136 4.1.3焊接結構帶來的不連續(xù)問題140 4.2開孔及開孔補強設計140 4.2.1開孔應力集中及應力集中系數(shù)140 4.2.2等面積補強設計法146 4.2.3平板封頭的開孔補強設計148 4.2.4壓力面積補強設計法148 4.2.5開孔補強設計的分析法149 4.3臥式容器支座設計151 4.3.1鞍座結構及載荷分析151 4.3.2筒體的應力計算與校核156 4.3.3鞍座設計161 4.4局部應力計算165 4.4.1引言165 4.4.2球殼和圓柱殼局部應力的計算166 4.5承壓殼體的焊接結構設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焊接接頭焊接的質量保證179 4.5.4焊接接頭安全性評價181 習題182 第5章外壓容器設計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有關設計參數(shù)的規(guī)定197 5.3.4加強圈的設計計算198 5.4外壓封頭的設計計算200 5.4.1凸形封頭200 5.4.2錐形封頭201 5.4.3設計舉例202 5.5外壓法蘭的計算204 習題205 第6章壓力容器的分析設計方法206 6.1對壓力容器按規(guī)則設計方法的簡要評述及分析設計方法的簡介206 6.2基于線彈性分析的“應力分類”法209 6.2.1概述209 6.2.2容器的應力分類211 6.2.3各類當量應力及限制215 6.2.4失效模式與當量應力限制條件之間的內在聯(lián)系及技術原理216 6.2.5應力分類法的程序及應用221 6.3容器的疲勞設計224 6.3.1容器的低循環(huán)疲勞破壞224 6.3.2低循環(huán)設計疲勞曲線的確定方法225 6.3.3疲勞設計曲線的平均應力影響修正226 6.3.4容器疲勞設計中的應力分析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失效模式及設計校核準則236 6.4.3載荷及載荷工況240 習題243 第7章壓力容器防脆斷設計及疲勞裂紋擴展壽命244 7.1斷裂力學的基本理論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基于斷裂力學的安全評定原理249 7.1.4ASME BPVC第Ⅲ卷及Ⅸ卷中防脆斷設計方法249 7.2疲勞裂紋擴展計算方法250 7.2.1疲勞裂紋擴展速率250 7.2.2疲勞裂紋擴展后的安全評定251 習題251 第8章低溫容器設計252 8.1鐵素體鋼的低溫韌脆轉變253 8.2歐美標準中相關防脆斷設計方法256 8.2.1ASME Ⅷ-1及Ⅷ-2的方法256 8.2.2EN13445的方法258 8.3我國標準中相關防脆斷設計方法260 8.4結構設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變強化技術264 習題266 第9章高溫壓力容器設計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度的力學性能指標270 9.3高溫壓力容器設計的規(guī)則設計法271 9.4高溫壓力容器分析設計的思路272 9.5高溫下純蠕變強度壽命設計的方法274 9.6高溫壓力容器疲勞設計及蠕變疲勞設計方法276 9.7法蘭靜密封接頭高溫防蠕變松弛泄漏設計展望279 第10章高壓及超高壓容器設計280 10.1高壓容器概述280 10.1.1高壓容器的工業(yè)應用280 10.1.2高壓容器的建造規(guī)范281 10.1.3高壓筒體的結構型式及設計選型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厚壁圓筒內壓爆破壓力297 10.3.5厚壁圓筒溫差應力299 10.4高壓容器的規(guī)則設計方法301 10.4.1高壓筒體及球殼壁厚計算301 10.4.2高壓密封結構設計302 10.4.3高壓密封結構中的零部件設計308 10.4.4高壓筒體端部與封頭連接結構設計316 10.4.5高壓容器的開孔補強317 10.5高壓容器分析設計318 10.5.1高壓厚壁殼體的塑性垮塌強度計算法319 10.5.2高壓厚壁結構多種失效模式的分析設計320 10.5.3高壓厚壁殼體的開孔補強設計320 10.5.4材料彈塑性本構方程新規(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、筒體的強度設計327 10.6.3超高壓容器密封結構327 10.6.4超高壓筒體的開孔補強329 10.6.5超高壓容器的自增強處理329 習題333 附錄常用單位的換算表334 參考文獻336