壓力容器是由壓力介質和受壓元件組成的密閉容器。承受介質壓力的零件稱為受壓元件。

第1章 創建壓力容器受壓元件的幾何模型，除本書未涉及的碟形封頭外，受壓元件還有橢圓形封頭、半球形封頭、圓筒和錐殼。在殼體上配置了不同方位的接管，共16種型式。參考了ASMEⅧ-2:4.5、EN 13445-3:9和ГОСТ Р 52857.3的開孔補強，有徑向接管，如橢圓形封頭和半球形封頭的中央接管，圓筒和錐殼上的徑向接管，橢圓形封頭上非中心部位的徑向接管。斜接管的型式，有橢圓形封頭和半球形封頭上的非中心部位接管，圓筒縱截面上的斜接管，圓筒橫截面上的切向接管、山坡接管和頂部的斜接管，錐殼縱截面上的水平接管和豎直接管，為工程設計提供了規范允許的幾何模型。

本章給出的殼體+接管連接型式，除圓筒橫截面頂部的斜接管為安放式以外，均采用整體補強，內平齊式，不考慮內伸式，不帶補強圈，不考慮焊縫貢獻的補強面積。

本章給出DM和WB界面上用中文輸寫相同的文件名，保存，調用。

第2章 劃分網格，不帶接管的壓力容器是不存在的。本章對第1章的16個幾何模型進行了網格劃分，給出壓力容器的分網效果，積累了劃分網格的經驗和方法。

本章主要按全局網格設置劃分網格，并進行了各種組合，控制尺寸和層數。另外，要給出接管與殼體的多體元件分網后分界面上共節點，因為這里是接管與殼體相貫的地方，是整體結構不連續的部位。

第3章 齊魯石化勝利煉油廠制氫裝置PSA吸附器的低周疲勞分析，依據日本UNION CARBIDE SERVICES K. K. TOKYO JAPAN于1988年為齊魯石化公司設計、引進的1臺50m3 共10臺一組PSA吸附器。2010年經山東齊魯石化工程公司設計的國產化更新一臺，以后就由該公司設計。

PSA吸附器是軸對稱的2D面體，分為上部和下部兩個模型。圓筒DN3000×設備總高10400mm。

壓力應力分析的最高應力均落在上部中央人孔接管下拐點上和下部中央開孔接管的上拐點上。它們是決定疲勞壽命的關鍵點。按引進的原圖，上部人孔壁厚按65mm計算和下部開孔接管壁厚按47.5mm計算，均為無限壽命。現按ASMEⅧ-2:5.5.3式（5.36）計算，依現行設計的壁厚，均為20年，滿足使用要求。

第4章 壓力容器3D模型的應力分析，給出下列3種模型：

（1）半球形封頭+中央人孔接管+圓筒半剖結構分析。

（2）橢圓形封頭+5個接管+圓筒結構分析。

（3）錐殼+豎直接管+圓筒+錐殼小端接管的半剖結構應力分析。

壓力容器分析包括創建幾何模型→劃分網格→加載→求總變形→應力強度→應力線性化和評定。本章通過Workbench（后簡寫為WB）工具箱中Static Structural給出的單元格流程圖完成了上述分析。

本章全部采用彈性應力分析方法。從這里可驗正：彈性應力分析方法是不可替代的分析的主流方法。即使有人至今還說它不保守的情況，但所有認識都要回歸到ASMEⅧ-2:5上來。

第5章 ANSYS Workbench軟件的缺點，在線性化、模棱兩可和疲勞分析方面都存在軟件功能不強的問題。

無論2D或3D，在應力強度的應力云圖中都不顯示節點編號，而在線性化設置路徑時僅顯示網格，沒有MAX，在給出的網格中，憑著記憶或猜測找點定義路徑。路徑長度應等于或逼近元件壁厚（指小數位上），才是好的線性化。ANSYS Workbench的線性化功能無法與ANSYS經典相比。

ASMEⅧ-2:5.2.1.2指出，三維應力場，對于分類過程可產生模棱兩可的結果。ANSYS Workbench無法解決這個難題。

ANSYS Workbench解決承受的載荷循環類型為完全對稱循環（fully reversed）和脈動循環（zero-based）。很少適用于壓力容器。如文獻［14］的第15章疲勞設備分析實例—鎖斗，是脈動循環（固體物料），但不用ANSYS Workbench給出的疲勞工具。

第6章 EN 13445-3:18疲勞壽命的詳細評定，包括焊接件、非焊接件和螺栓。焊接件是指焊縫，非焊接件是指母材。18.5.3規定殼體上平原部分材料（Plain material），可包括磨平焊縫修補。這種修磨的存在能導致材料疲勞壽命的減少。因此，只有肯定是無焊接的材料，才應確定為非焊接的。18.12.1規定，僅適用于軸向受載的鋼制螺栓，不適用于其他的螺紋連接件，如法蘭、封頭或閥。

焊接件的疲勞壽命評定是有限元分析（做載荷工況差）→線性化處理→提取薄膜+彎曲部分的ΔSINT=PL+Pb+Q（這就是結構應力的當量應力范圍）→除以總修正系數→查表18-4確定節點分級號對應的疲勞曲線→按本書第9章查出許用循環次數→計算疲勞損傷系數。

EN 13445-3:18是全文譯出，本章第4節還給出“難句分析”。

本書作者認為，焊接件的疲勞壽命評定要比ASMEⅧ-2:5和ГОСТ Р 52857.6細致。非焊接件評定按本書第6章的規定。

第7章 公式法計算許用循環次數，通過ASMEⅧ-2:5、EN 13445-3:18、ГОСТ Р 52857.6等標準給出的公式法計算許用循環次數。EN 13445-3:18、ГОСТ Р 52857.6都是彈性應力分析，用ASMEⅧ-2:5彈性應力分析和當量應力。只有彈性應力分析結合試驗數據的平均曲線以下的設計疲勞曲線，才能完成疲勞分析。彈-塑性疲勞分析，計入當量塑性應變后，再回來計算Salt,k，使用彈性分析的匹配的設計疲勞曲線。ГОСТ Р 52857.6沒有彈-塑性疲勞分析。

本書給出：EN 13445-3:18非焊接件設計疲勞曲線的疲勞壽命的安全系數10，應力范圍的安全系數1.5，焊接件的失效概率約0.14%；ГОСТ Р 52857.6的循環次數的安全系數10，應力的安全系數2.0。

本書作者認為，ГОСТ Р 52857.6公式法比ASMEⅧ-2:5和EN 13445-3:18更適用，EN 13445-3:18的18.1.3規定，上述要求僅適用于EN 13445:2-2014規定的鐵素體鋼和奧氏體鋼。而ГОСТ Р 52857.6卻沒有材料的限制，GB/T 150-2011中材料可用。

第8章 技術評論，技術評論的目的是糾正錯誤，消除誤導。在文獻［19］中，本書作者指出ASMEⅧ-2:5-2015版本的譯文有155個案例。其實，在文獻［17］（2008年）中，已經對在文獻［9-12］中的錯誤提出了不同觀點。若不評論，原作者不知道還有什么錯誤，而讀者還在糊涂地接受。

對文獻［5］的第6章評論，該書作者在位于封頭內側離開接管與封頭相貫線以下的內伸式接管上定義路徑3，在該書表6.1-1中列入是局部薄膜應力+彎曲應力。這是誤導。因為定義［Path3］的內伸式接管內外表面壓力相等，接管不受壓，內伸式接管只用于開孔補強。因此，該書作者，在封頭內側的內伸式接管上定義了一條錯誤路徑。壓力容器分析人員從來就沒有在此處定義路徑的。

對文獻［6］表7.1的譯文評論，該書表7.1就是EN 13445-3:18:2014的附錄P(normative)的P.1。本書作者對該書表7.1的翻譯感到意外：

（1）如“significant sub-surface flaws”，譯為“較大的次表面缺陷”，“次表面缺陷”就是自造詞。

（2）將“Backing strip to be continuous”譯為“焊跡是連續的”，“焊跡”也是自造詞，應譯為“背墊條是連續的”。

（3）將“consumable insert”（熔化嵌條）譯為“單面熔焊”，隨意刪掉“insert”。

（4）猜譯，如“Weld root pass shall be inspected to ensure full fusion to backing”（該書譯者譯為“檢測焊接根部是否完全熔融到墊板上”），隨意加字“是否”。

（5）前面譯為“單面”，后面譯為“單邊”。

（6）“tack welds to be ground out”譯為“定位焊要磨平”。

（7）“Joggle joint”，“榫接接頭”譯為“搭接接頭”。

（8）“Minimum throat”（最小焊喉）譯為“最小焊高”。屬概念不清和語法分析不清。

對文獻［14］的評論：

（1）該書作者對塑性垮塌的定義和屈曲的定義均為自行的“定義”，均超出了定義本身的范圍，而ASMEⅧ-2:5沒有列出塑性垮塌的定義和屈曲的定義，該書作者學術不嚴謹。

（2）局部失效的評定，該書105頁上說“新版ASMEⅧ-2:5-2013（2007版及之后版本）表達更具體，是基于局部一次薄膜加彎曲主應力”，但ASMEⅧ-2:5-2015版取消了上述說法。

（3）該書8.2彈-塑性分析法，不是該書作者所說的任意部位，而是選應力云圖上紅色標志區給定的幾個高應力點，確定主應力、當量應力和總當量塑性應變，按規范式（5.7）評定通過。

（4）將βcr譯為“容量降低系數”，詞義不準確。

（5）該書的重點是規范篇，該書作者多以規范條款敘述相應規定。

（6）11.2.2彈性分析法評定，將該書式（11.6）和式（11.7）與規范相應式顛倒，這是讀者應用棘輪評定公式的地方，容易誤導。

（7）ASMEⅧ-2:5對于Kf、Ke,k和Kv,k 3個術語在規范5.13符號中已經下了專門定義，而該書作者在其116頁10.3.1中，像是“高度概括”地說：“Kf考慮了局部結構不連續效應（應力集中），Ke,k考慮了塑性應變集中效應，Kv,k考慮了塑性應變強化效應”，本書作者認為：這是多此一舉。

（8）該書98頁7.1.5接管應力評定，其PL類應力譯文有錯誤。

（9）第15章疲勞設備分析實例—鎖斗，沒有計入疲勞強度的降低系數K f等。對JB 4732的名詞術語，該書作者在第2章又重復下了相同定義。

對文獻［8］的評論，本書作者從此文中找到“從總體不連續部位線性化后的同一路徑上提取兩次組合應力，一次提取是PL+Pb，另一次提取是PL+Pb+Q”，提取兩次是錯誤的，這就是所說的彈性應力分析不保守的來源。該文將其表1中的許用值列入屈服極限，而不是設計許用應力強度。材料選用Q245，而寫成Q235，鋼號寫錯，棘輪和安定概念不清。

對文獻［16］的評論：

（1）該文作者在該文 5.1引述規范“EN 13445中的結構應力被定義為：薄膜應力加彎曲應力，即沿厚度方向線性分布的應力”，EN 13445-3:18.2.10注1結構應力包括總體結構不連續的作用，即PL+Pb+Q。顯然該文作者引述規范的定義是該文作者自已的理解定義，完全錯了。EN 13445-3:18.2.10的結構應力的定義與ASMEⅧ-2:5.5.5的結構應力定義不同，后者的應用須經業主/用戶同意才可使用。

（2）在該文6中說“當前，針對焊接件疲勞評定，尋找一種能與有限元分析很好結合的，易于實施的方法是國際研究的熱點”，凡是找不到與有限元結合的實施辦法，就說是國際研究的熱點，和文獻［9］一樣，拿不出依據。

對文獻［20］的評論，本書研究了該書第19章壓力容器靜力學分析案例，第20章壓力容器彈塑性分析案例。讓本書作者奇怪的是，第19章定義路徑，給出線性化結果。ANSYS Workbench要求用兩點定義路徑，結果是：該書的作者只保證起始點是正確的；在該書314頁上該書作者說：“由結果可見，在序號為1的位置薄膜應力結果為14.902 MPa，彎曲應力為126.18 MPa，薄膜應力+彎曲應力結果為134.68MPa，對于大多數情況而言，此應力結果可評定為合格”，沒有評定式結果，憑什么認為合格。從這里可見：①該書作者對管箱豎直板和底板之間焊接圓弧轉角處的max點按ASMEⅧ-2:5定為什么組合應力不明白，列不出評定式，就用敘述“對于大多數情況而言，此應力結果可評定為合格”；②對5類應力，該書作者冗長敘述，超過了JB4732及其編制說明、有了線性化后的應力，不會評定，還不如按“極限載荷法”求解。第20章壓力容器彈塑性分析案例，實際上和第19章一樣，也沒有結果，重點是：①不是ASME的材料，而按ASMEⅧ-2:5-2015式（3- D.1）～式（3- D.12）共12個公式計算應力-應變曲線的數據；②在容器接管法蘭面上施加正弦規律變化的位移約束，這就叫“壓力容器彈塑性分析案例”。容器接管法蘭上不能施加正弦規律變化的位移約束。

第9章 ASMEⅧ-2:附錄3-F設計疲勞曲線，完全譯出，也是讀者常用查找的工具書。為此，給出原文對照，便于使用。

由于作者水平有限，對書中的錯誤，敬請專家學者和廣大讀者給予批評指正。

本書在自校中，田明欣、周永貴、邵明永、欒德昱，欒德熹參加了校核，在此表示感謝。

前言

第1章 創建壓力容器受壓元件的幾何模型 1
1.1 殼體與接管的錯誤連接結構 1
1.2 Workbench工作界面 4
1.3 幾何模型的保存與調用 6
1.4 創建受壓元件或組件幾何模型的實例 8
1.4.1 創建橢圓形封頭 8
1.4.2 創建橢圓形封頭+5個接管 9
1.4.3 創建成形封頭上的豎直接管和山坡接管（見ASMEⅧ-2:5:4.5圖4.5.10） 16
1.4.4 橢圓形封頭+中央人孔接管 19
1.4.5 半球形封頭+中央人孔接管 20
1.4.6 半球形封頭上非徑向接管 22
1.4.7 半球形封頭上兩個徑向接管 24
1.4.8 圓筒縱截面上徑向接管 27
1.4.9 圓筒縱截面上斜接管 29
1.4.10 圓筒橫截面上切向接管 30
1.4.11 圓筒橫截面上山坡接管 32
1.4.12 圓筒橫截面上安放式斜接管 34
1.4.13 錐殼 37
1.4.14 錐殼+徑向接管 38
1.4.15 錐殼+水平接管 39
1.4.16 錐殼+豎直接管φ89×12 40
1.5 小結 43
第2章 劃分網格 45
2.1 概述 45
2.2 劃分網格的實例 46
2.2.1 橢圓形封頭 46
2.2.2 橢圓形封頭+5個接管 49
2.2.3 橢圓形封頭+山坡接管 51
2.2.4 橢圓形封頭+中央人孔接管 53
2.2.5 半球形封頭+中央人孔接管 55
2.2.6 半球形封頭+非中心部位的接管 57
2.2.7 半球形封頭上兩個徑向接管 59
2.2.8 圓筒縱向截面上徑向接管 61
2.2.9 圓筒縱向截面斜接管 63
2.2.10 圓筒橫截面上切向接管 65
2.2.11 圓筒橫截面上山坡接管 67
2.2.12 圓筒橫截面上安放式斜接管 70
2.2.13 錐殼 72
2.2.14 錐殼+徑向接管 74
2.2.15 錐殼+水平接管 76
2.2.16 錐殼+豎直接管 78
2.3 小結 80
第3章 煉油廠制氫裝置PSA吸附器的低周
疲勞分析 82
3.1 制氫工藝簡介 82
3.2 PSA吸附器結構的設計條件 83
3.3 創建PSA吸附器的幾何模型 84
3.4 PSA吸附器的壓力應力分析 92
3.4.1 PSA吸附器下部2D幾何模型的
壓力應力分析 92
3.4.2 PSA吸附器上部2D幾何模型的
壓力應力分析 98
3.4.3 評定表 104
3.5 疲勞分析特點與評定 104
3.5.1 在2.35MPa下PSA吸附器的應力
強度與線性化處理 105
3.5.2 疲勞分析與評定 107
3.5.3 本設計PSA吸附器上部2D幾何
模型1 107
3.5.4 在2.35MPa下PSA吸附器上部2D
幾何模型1的壓力應力分析 109
3.5.5 PSA吸附器下部2D幾何模型1 112
3.5.6 在2.35MPa下PSA吸附器下部2D
幾何模型1的壓力應力分析 113
3.5.7 疲勞強度評定 116
3.6 小結 117
第4章 壓力容器3D模型的應力分析 118
4.1 壓力容器3D模型壓力應力分析 118
4.1.1 半球形封頭+中央人孔接管+圓筒
結構分析 118
4.1.2 橢圓形封頭+5個接管+圓筒
結構分析 122
4.1.3 錐殼+豎直接管+圓筒+錐殼小端接管
的剖分結構應力分析 126
4.2 小結 132
第5章 ANSYS Workbench軟件的缺點 134
5.1 關于ANSYS Workbench19.2與14.5的
異同 134
5.2 關于ANSYS Workbench軟件的缺點 135
5.3 Workbench不能解決ASMEⅧ-2:5.2.1.2
“模棱兩可”的問題 136
5.4 疲勞分析功能差 137
5.5 解決WB線性化的途徑 137
第6章 EN 13445-3:18疲勞壽命的詳細評定 138
6.1 概述 138
6.2 標準正文 139
6.3 小結 174
6.4 難句分析 180
第7章 公式法計算許用循環次數 189
7.1 ASMEⅧ-2:5-2015 189
7.2 JB4732的設計疲勞曲線 190
7.3 EN 13445-3:18 190
7.4 ГОСТ Р 52857.6 192
第8章 技術評論 195
8.1 概述 195
8.2 技術評論 198
8.2.1 對文獻［5］第6章的評論 198
8.2.2 對文獻［6］表7.1譯文的評論 200
8.2.3 對文獻［14］的評論 210
8.2.4 對文獻［8］的評論 220
8.2.5 對文獻［16］的評論 228
8.2.6 對文獻［20］的評論 229
8.3 小結 231
第9章 ASMEⅧ-2:附錄3-F設計疲勞
曲線（標準的） 233
3-F.1 光滑桿件的設計疲勞曲線 233
3-F.2 焊接接頭設計疲勞曲線 234
3-F.3 術語 235
3-F.4 表 236
附原文： 241
ANNEX 3-F DESIGN FATIGUE CURVES(Normative) 241
3-F.1 SMOOTH BAR DESIGN FATIGUE CURVES 241
3-F.2 WELDED JOINT DESIGN FATIGUE CURVES 242
3-F.3 NOMENCLATURE 243
3-F.4 TABLES 244
參考文獻 251

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