压力容器设计方法进步研究
【摘要】应用力学在越来越多的行业展现了自身强大的作用，其中应用力学在推动压力容器的设计上的作用更为明显和直接，本文研究的重点就是结合当前压力容器设计方法进步的具体案例进行分析，浅析应用力学在压力容器的建设方法上的积极价值和作用，并为推动我国压力容器设计方法的进步提出了相关建议。
【关键词】压力容器设计 应用力学 设计方法
一、引言
压力容器已经广泛应用于各行各业，其技术参数的进步将会进一步提升该行业的科技含量，因此为了推动我国压力容器的快速发展，由于我国一些尖端行业使用的压力容器更多采用的是进口设备，这显然不利于我国知识科技的进步，因此提升我国压力容器的设计水平就成了当前最为迫切的需求之一。早在上个世纪七十年代我国工业领域就已经充分意识到应用力学理论对改进压力容器设计，提升压力容器设计水平方面的重要性，并经过近四十年的努力和发展滞后，我国的压力容器设计方法方面取得了重要的成绩和巨大的进步，下面就结合具体的案例来分析我国压力容器设计方法的进步。
二、基于案例的压力容器设计方法进步的分析
（一）圆柱壳大开孔接管应力设计方法进步的分析
如果一个圆柱壳开孔接管同时受到多种载荷作用时，再加上支管和主壳连接的部位如果出现了几何结构的不连贯的问题之后，而且相贯的区域又产生了应力集中问题，如果产生了设备损坏，那么这写部位就会造成严重的灾害性书，所以需要解决这种圆柱壳开孔接管在多种载荷作用下的安全稳定性的问题，这同样也是提升压力容器设计进步的重要方法。欧美等国家针对这个问题的解决主要采用的是压力面积法，但是这些方法主要合适于小开孔的压力容器，同时还要受到压力容器内部压力空旷的情况下才能够起到效果，而我国采用的等面积补强法其效果和欧美的这些国家设计具有一定的相通性，并没有从技术上取得重大突破，不过在当前应力力学理论的发展下，已经开始从大开孔率下的薄壳理论解进行解决这个压力容器设计的隐患。
事实上我国经过很多专家多年的努力，已经在薄壳理论解方面已经取得了重要的突破，主要体现在，圆柱薄壳方程采用了修正的Morley 方程，经过修正的Morley 方程能够有效的对开孔问题进行相对准确的求解，这要比之前采用的相对简化的扁壳方程求解的准确性要高很多，同时也能够提升设计的精度。通过修正的Morley 方程对开孔问题的求解精度已经达到了O（T/R）量级。另一方面，因为精确性的连续性的条件和复杂的精确方程通过基于修正的Morley 方程克服了很多数学上的难题，这造成了无论是在三维有限的元解上，还是在近年的国际发表的实验结果，对于该理论的可靠性都进行相对全面的证明。最后通过薄壳理论解还能够得到内压和全部的外载进行统一的分量理论解，并且这个适用范围在这个理论解的支持下变得更加广阔。
（二）管壳式换热器管板压力容器设计方法的进步分析
在压力容器设计方法中，其中管壳式换热器的结构是非常复杂的环节，壳体以及管箱和换热管等都是构成管壳式换热器的基本元件，由于管壳式换热器在压力容器中能够承受绝大多数的压力，所以针对管壳式换热器管板的设计就显得非常重要。这主要原因主要包括了三个方面，其一是管板中间本身会开很多孔洞，并且会和换热管进行焊接，管板和壳体之间也会相焊接，管板和管箱也会进行焊接，某些地方则使用紧固件进行紧固。其二就是壳程和管箱内部所转载的流体介质会进行热交换，但是这两种流体介质都存在着明显的差别，主要体现在温度和压力方面。其三就是法兰的预紧力以及温差荷载和压差荷载等方面都会同时作用在管板上，这都说明了管壳式换热器管板的设计的重要性。在具体设计管壳式换热器管板压力容器中，要根据压力容器的相关结构和基本元件的构造进行合理的设计运用，一般从以下几个方面考虑：
1.可以将换热管看成了多个元件构成的弹性体系结构，采用相应的应力学理论对换热管进行分析，并对队形的元件在实际的工作状况下的荷载问题进行综合性考虑，确保了对影响因素的全面计算，从而有助于提升换热管的高效工作。
2.在计算当量板的削弱系数时，每个基本管板的单元都会包含几个六角形的孔板，有的则是正方形的孔板，这些还包括了管孔中的圆柱壳以及连接两者之间的圆环结构，这个模型有效优化了孔板的单元模型，因此能够更加合理的获得当量板的弹性系数。
三、进一步推动我国压力容器设计方法进步的建议
（一）以科学的观念来分析国际通行标准
对于国外通行的压力容器设计规范标准，对于我国科技专家们而言，不是一味的照搬照收，而是采用合理使用，科学使用的态度，不能够迷信，应该在搞清楚其基本的含义和数学力学模型，然后在按照公认的基本力学原理和概念进行分析，充分汲取国外通行标准的科学性内容，对于一些不合理的内容则不需要全盘照收，这显然是一种不够科学的实验精神。
（二）加强自主创新能力
要在压力容器设计方法上要进一步增强自主知识产权的工作，因为压力容器在应用物理方面的重要性不言而喻，能够广泛的应用于各个行业中，因此我国有必要具备自主研发压力容器的能力，因此理论、实践和工程这三位一体的工作必不可少，没有严谨的理论基础，就不可能获得开创性的科研成果，没有严谨的实验自然就不能够判定压力容器设计的正确性，这三者之间是相辅相成的，是加强自主研发的源头活水。
四、总结
当前国际上能够设计非常合理且功能强劲的压力容器的国家并不多，我国经过数十年的努力在一些关键技术上已经拥有了一定的知识产权和设计制造能力，但是和国外的差距也非常明显，因此作为压力容器设计人员和研究人员，应该积极探索更加科学合理的设计方法和理论，从而提升我国压力容器的设计水平。
参考文献
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[3]秦叔经；；压力容器标准和规范中分析设计方法的进展[J]；化工设备与管道；2011年01期
作者简介：
梁君坦 女（1982年7月） 河北省辛集市人，2006年6月毕业于重庆工学院机械设计制造及其自动化专业，现工作于河北双良锅炉容器有限公司，助理工程师，学士学位，主要从事锅炉压力容器设计及制造的研究。