对压力容器的机械强度可靠性设计的探讨

摘 要：对于压力容器的机械强度可靠性设计是压力容器设计的主要环节之一，在一般情况下，科研人员对于压力容器的机械强度可靠性设计主要是通过先建立模型，接着才让其套用至现实生活的生产当中去。但是这样随意简单的可靠性设计在实际生活中往往不具备普遍性和实用性，压力容器的机械强度可靠性的设计往往需要密切依据容器的实际状况来进行特殊性的设计，而不能一律地套用。随着压力容器在人们生活中的使用日益广泛，人们对于其可靠性的要求也越来越高，因此，对于压力容器的机械强度可靠性设计已经成为目前我国相关科研人员研究的重点课题之一。

关键词：压力容器；机械强度；可靠性设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.040

在压力容器的机械强度可靠性的设计当中，压力容器的大小是其设计需要重点参考的数据，科研人员需要充分考虑不同压力容器的实际情况的不同，然后再对其可靠性进行符合其自身的设计，因此，压力容器的机械强度可靠性主要划分为设计、生产、使用、保养四大主要步骤。压力容器的机械强度可靠性设计是一个极其复杂的过程，本文将主要针对其机械强度、可靠性的概述进行简单的分析，并通过利用假设方法建立模型讨论压力容器机械强度的可靠性。

1 理论方法

1.1 可靠性设计的理论基础

按照国家目前的标准，压力容器的大小设计应该充分考虑其筒体的计算厚度和实际厚度的附加值两大重要数据。实际厚度的附加值主要是指材料的实际厚度误差以及筒体的腐蚀裕量，其中，材料实际厚度的误差主要是以材料标准中规定的误差范围来进行统一计算的，而筒体的腐蚀裕量主要是指压力容器所盛放的物体对于其材料腐蚀速率的影响以及预期使用寿命的平均值计算等。通过多次的实践研究发现，在我国绝大部分压力容器的机械强度可靠性设计过程中，筒体材料使用寿命的计算中，弹性失效的中径公式的使用都假设为在极限情况下，接着便计算该极限情况下压力容器筒体的预期使用寿命，在其计算中并未考虑到压力容器筒体的腐蚀裕量，因此，在我国很多相关性的学术研究中压力容器筒体使用寿命的计算往往只根据压力容器以及其机械强度的可靠性。

1.2 可靠性设计的步骤

在一般情况下，压力容器的机械强度的可靠性设计主要划分成为六大主要步骤，第一步，计算压力容器的强度系数以及其可靠度；第二步，按照计算公式得出压力容器的故障概率F=I=R；第三步，利用前一个步骤得出的故障概率计算压力容器的可靠度；第四，计算生产材料的所能承受负载的强度；第五，利用之前计算的可靠度并通过公式得出压力容器的应力均值；最后，利用各项计算结果和测量数据确定压力容器的预算厚度。

2 可靠性的简述

2.1 可靠性的定义

压力容器的可靠性主要是指在特定情况下，其使用功能不仅能够满足消费顾客的使用要求，并且在压力容器的使用过程中不出现任何故障的性质。与压力容器的机械强度可靠性密切相关的因素主要有温度、使用环境、应力以及消费者的使用要求等。压力容器的机械强度可靠性与压力容器的使用时间息息相关，随着使用时间的增长，压力容器的可靠性也在不停地随之降低，因此，可靠性的存在使人们对于压力容器有了使用寿命的概念。

2.2 可靠性研究的实际意义

无论是日常用品还是电子产品，可靠性的研究对于其使用来说都十分重要，尤其是一些比较重要的产品，例如航空零件、武器装备、电子产品等，其可靠性与一个国家的实力水平密切相关。随着生活质量和经济水平的发展，顾客对于压力容器的可靠性开始提出了更加严格的要求，并且，随着科学技术的发展，压力容器的可靠性也有了很大的提升，由于产品的可靠性在个人生活和国家实力的体现上都着及其重要的作用，因此，产品可靠性的研究便有着其无可替代的特殊意义。

3 压力容器的机械强度可靠性设计的基本方法

3.1 重视极限情况的存在

压力容器在使用的过程中，其筒体的厚度会产生比较大的变化，与此同时，筒体在应力的作用下，也在随之发生变化，因此，在压力容器的机械强度可靠性设计过程中，需要充分考虑筒体所盛放的介质对于筒体腐蚀速率的作用，相关科研人员需要利用公式计算压力容器在使用过程中筒体的实际厚度，与此同时，压力容器的筒体在受到应力的情况下，可靠性受到破坏的情况有两种，一种是压力容器的筒体发生了屈服失效的情况，第二种情况是压力容器的筒体产生了断裂。因此，科研人员需要分析压力容器在极限情况下发生的失效，在最大程度提升压力容器的抗压值，提高其可靠性。

3.2 精确压力容器筒体的厚度计算

在上个世纪50年代，科研人员在研究路合金的强度时，证明了实际条件下材料的腐蚀深度的分布，后来，随着研究范围的不断扩展，关于实际情况下材料腐蚀深度研究的成果也越来越显著。因此，对于压力容器筒体腐蚀裕量的完全可以计算，并可以计算出压力容器筒体的最初厚度。根据蒙特卡罗的模拟方法可知，若压力容器筒体的厚度为23毫米，则十年之后，压力容器的可靠性为0.9的五次方。因此，通过大量的实践分析证明，压力容器筒体的厚度会随着时间的增长而发生变化，但是需要保证的是，在压力容器的使用年限中，其可靠性必须大于0.9的五次方。

3.3 受压材料的合理使用

受压材料的使用对于压力容器的机械强度可靠性具有极其重要的影响，受压材料的使用要根据设计压力、外界环节、以及介质的腐蚀性强弱等，同时，介质易燃、易爆等特性都直接影响到受压材料的采用，压力容器的材料需要能满足其工作是的工作要求以及国家的规定标准，同时，合理的结构对于压力容器的可靠性也有着极其重要的影响。

4 结论

目前，我国压力容器的机械强度可靠性设计都较为随意，没有对于压力容器可靠性的明确要求，而以上的可靠性方法主要通过公式、假设等进行分析概括。压力容器的机械强度可靠性设计的主要目的是为了时压力容器的机械强度能够达到安全水平，经济水平、外界环境以及应力等都是对压力容器的机械强度可靠性设计的最终考量，因此，压力容器的机械强度可靠性设计具有极其重要的作用。

参考文献：

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