壓力容器分析設計方法與工程應用 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　　　近年來美歐相繼頒布瞭新一代的壓力容器分析設計規範，提齣瞭很多新的設計理念，吸收瞭諸多壓力容器前沿技術。與此同時，國內分析設計規範也修訂在即。本書結閤當前國內外分析設計的技術進步和工程實踐，對壓力容器分析設計相關的力學基礎、應力分析、強度設計、規範條款、工具軟件、工程實例和技術進展等進行瞭詳細的闡述；對美歐規範中的分析設計方法均有涉及，既講區彆也講聯係；以失效模式為主綫並結閤工程實例對極限分析、安定分析、屈麯分析、疲勞分析及蠕變疲勞等評定方法進行瞭探討。 　　本書適閤自學分析設計的技術人員，也可供資深工程師參考。同時，可作為分析設計考證人員的輔導資料或技術培訓和繼續教育用教材。

內頁插圖

目錄

第一篇概述篇
第1章緒論
1.1國際壓力容器規範的進步
1.1.1歐盟EN13445
1.1.2美國ASME Ⅷ��2
1.2國內規範修訂方嚮
1.3計算機輔助工程的發展
1.4分析設計發展趨勢

第2章分析設計方法概要
2.1分析設計的基本概念
2.1.1應力強度
2.1.2總體結構不連續
2.1.3局部結構不連續
2.1.4法嚮應力
2.1.5切應力
2.1.6薄膜應力
2.1.7彎麯應力
2.1.8熱應力
2.1.9運行循環
2.1.10應變循環
2.1.11疲勞強度減弱係數
2.1.12自由端位移
2.1.13蠕變
2.1.14塑性
2.1.15塑性分析
2.1.16棘輪效應
2.1.17安定性
2.1.18應力�燦Ρ淝�綫
2.2壓力容器的失效模式
2.3分析設計考慮的失效模式
2.4彈性分析與應力分類法概要
2.4.1一次應力
2.4.2一次總體薄膜應力
2.4.3一次局部薄膜應力
2.4.4一次彎麯應力
2.4.5二次應力
2.4.6峰值應力
2.4.7總應力
2.4.8應力分類
2.4.9應力評定
2.4.10應力分類及應力強度極限值
2.4.11應力強度極限值的依據
2.4.12應力分類遇到的問題
2.5彈�菜苄苑治鏨杓品ǜ攀�
2.6小結
第二篇理論篇
第3章梁的彎麯
3.1純彎麯
3.1.1橫截麵上的應力
3.1.2純彎麯和橫力彎麯的概念
3.2彎麯正應力
3.2.1幾何方麵
3.2.2物理方麵
3.2.3靜力學關係
3.2.4軸慣性矩
3.3強度條件
3.4純彎矩作用下單位寬度矩形截麵梁
3.5拉伸和彎矩同時作用下矩形截麵梁
3.6截麵形狀係數
3.7小結

第4章彈性力學基礎
4.1彈性力學基本假設
4.1.1連續性假設
4.1.2完全彈性假設
4.1.3均勻性假設
4.1.4各嚮同性假設
4.1.5小位移和小變形的假設
4.1.6引入基本假設後的變化
4.2彈性力學基本概念
4.2.1外力
4.2.2內力與應力
4.2.3一點的應力狀態
4.2.4形變
4.2.5位移
4.2.6小結
4.3彈性力學基本方程
4.3.1平衡微分方程
4.3.2幾何方程
4.3.3物理方程
4.4邊界條件
4.4.1給定位移的邊界
4.4.2給定力的邊界
4.4.3混閤邊界條件
4.5結構的對稱性
4.6彈性力學的一般定理
4.6.1解的唯一性定理
4.6.2解的疊加定理
4.6.3虛位移原理
4.6.4最小勢能原理
4.6.5外力功的互等定理
4.6.6聖維南原理
4.7熱應力
4.7.1計算熱應力的必要參數
4.7.2熱應力的特點
4.7.3熱應力實例
4.8討論
4.9小結

第5章塑性力學基礎
5.1概述
5.2塑性力學基本假設
5.3變形路徑對塑性變形和極限載荷的影響
5.4屈服條件
5.4.1屈服條件的概念
5.4.2特雷斯卡屈服條件
5.4.3米澤斯屈服條件
5.4.4兩種屈服條件的優缺點
5.5強化模型與加載條件
5.6小結

第6章有限元法基礎
6.1基本方程的矩陣錶示
6.2基本原理
6.3單元的位移模式和解的收斂性
6.4單元的應變矩陣和應力矩陣
6.5單元介紹
6.5.1三維實體單元
6.5.2軸對稱單元
6.5.3薄殼單元
6.5.4劃分單元注意事項
6.6小結
第三篇規範篇
第7章塑性垮塌的評定
7.1彈性應力分析方法
7.1.1彈性應力分析步驟
7.1.2應力綫性化
7.1.3應力分類的指導原則
7.1.4載荷組閤係數
7.1.5接管應力評定
7.2非彈性分析方法
7.2.1極限載荷設計的概念
7.2.2ASME極限載荷分析法
7.2.3ASME彈�菜苄雜αΨ治齜�
7.2.4JB 4732中的非彈性分析
7.3小結

第8章局部失效的評定
8.1彈性分析法
8.2彈�菜苄苑治齜�
8.2.1評定步驟
8.2.2纍積損傷
8.3小結

第9章屈麯的評定
9.1屈麯的定義
9.2屈麯評定的三種方法
9.3設計係數
9.4小結

第10章疲勞
10.1疲勞分析免除
10.1.1疲勞分析免除準則
10.1.2疲勞分析免除的原理
10.2疲勞麯綫
10.3三種疲勞評定方法簡介
10.3.1彈性疲勞分析法
10.3.2彈�菜苄雲＠頭治齜�
10.3.3等效結構應力法
10.4小結

第11章棘輪的評定
11.1安定與棘輪的概念
11.2彈性分析法
11.2.1彈性安定的原理
11.2.2彈性分析法的評定
11.2.3簡化的彈�菜苄苑治齜�
11.2.4熱應力棘輪評定
11.3熱應力棘輪評定方法修訂的解讀
11.3.1ASME Ⅷ��2（2013版）中的修訂
11.3.2原評定方法的製定依據
11.3.3布裏法的不足
11.3.4考慮熱薄膜和彎麯應力的棘輪邊界
11.3.5ASME Ⅷ��2（2013版）修訂時的考慮
11.3.6修訂要點小結
11.4彈�菜苄苑治齜�
11.4.1彈�菜苄苑治齜ǖ鈉藍�
11.4.2彈性核
11.5評定方法的迴顧
11.5.1彈性方法
11.5.2彈塑性方法
11.6小結

第12章蠕變疲勞的評定
12.1蠕變疲勞的概念
12.1.1蠕變
12.1.2疲勞
12.1.3蠕變疲勞
12.1.4韌性
12.1.5安定性
12.2蠕變疲勞設計的理論基礎
12.2.1蠕變疲勞的試驗方法
12.2.2常用的蠕變疲勞設計方法
12.3核電行業中的蠕變疲勞工程設計方法
12.3.1ASME Ⅲ�睳H
12.3.2R5規程
12.3.3RCC�睲R
12.4化工行業中的蠕變疲勞工程設計方法
12.4.1API 579
12.4.2ASME規範案例2605
12.5小結
第四篇實例篇
第13章基於子模型技術的斜接管應力分析實例
13.1設計條件
13.2幾何模型
13.3網格劃分
13.4加載求解
13.5子模型技術
13.5.1創建子模型
13.5.2修改幾何模型
13.5.3重新劃分網格
13.5.4重新設置邊界條件
13.5.5求解並查看結果
13.6小結

第14章球罐分析實例
14.1GB 12337—2014要點簡介
14.2載荷分析
14.3載荷工況組閤
14.4邊界條件
14.4.1壓力載荷
14.4.2自重載荷
14.4.3風載荷
14.4.4地震載荷
14.4.5位移邊界
14.5應力評定
14.6丙烯球罐的整體分析
14.6.1設計條件
14.6.2幾何模型
14.6.3網格劃分
14.6.4載荷條件
14.6.5求解計算
14.6.6應力評定
14.7小結

第15章疲勞設備分析實例
15.1概述
15.2設計條件
15.3結構分析
15.4應力計算結果
15.5應力強度評定
15.6最大應力點疲勞評定
15.7結論
15.8小結

第16章高壓容器局部結構分析實例
16.1簡介
16.2設計條件
16.3結構分析
16.4應力分析計算
16.4.1筒體與接管的模型
16.4.2頂部平蓋模型
16.5應力強度評定
16.6結論
16.7小結

第17章塔器風載荷時程分析實例
17.1塔器的受載特點
17.2自振特性
17.2.1概念介紹
17.2.2乙烯塔固有頻率和振型計算
17.3風載荷時程分析
17.3.1風的特性與簡化
17.3.2脈動風荷載時程
17.3.3順風嚮的風振響應分析
17.4小結

第18章裙座熱應力分析實例
18.1裙座熱應力概述
18.2裙座熱應力分析
18.2.1設計條件及結構參數
18.2.2溫度場分析
18.2.3熱應力和機械應力分析
18.3小結

第19章高壓換熱器強度分析實例
19.1設計條件及結構參數
19.2換熱器有限元模型
19.2.1幾何模型
19.2.2網格劃分
19.2.3邊界條件
19.2.4求解
19.3小結
第20章設備抗震分析實例
20.1抗震分析的相關概念
20.1.1振子模型
20.1.2反應譜
20.1.3標準反應譜
20.1.4樓層反應譜的生成
20.2抗震分析四種理論
20.2.1靜力理論
20.2.2動力理論
20.2.3反應譜理論
20.2.4時間曆程響應
20.3模型的選取
20.4解耦條件
20.5載荷組閤
20.6摺減係數
20.7許用限值
20.8大型氣化爐地震響應的時程分析
20.8.1設計條件
20.8.2幾何模型
20.8.3邊界條件
20.8.4求解
20.8.5結論
20.9小結

第21章儲罐罐頂的屈麯分析實例
21.1罐頂失穩原因
21.1.1罐頂外載荷的分析
21.1.2施工原因
21.2球麵網殼形式
21.3有限元分析的依據
21.3.1有限元分析一般要求
21.3.2網殼的穩定性分析
21.4帶施工缺陷的罐頂屈麯分析
21.4.1設計條件
21.4.2分析要求簡析
21.4.3幾何模型
21.4.4載荷條件
21.4.5模型計算假定
21.4.6綫性屈麯分析與初始缺陷施加
21.4.7非綫性分析
21.5小結

第22章基於彈性核準則的棘輪評定實例
22.1幾何尺寸
22.2模型和分析方法
22.3邊界條件
22.4分析結果
22.5小結

第23章ASME Code Case 2605蠕變疲勞分析實例
23.1設計條件
23.2最大一次靜載下的強度校核
23.3蠕變疲勞的安定性校核
23.4穩態蠕變壽命計算
23.5蠕變疲勞壽命計算
23.6小結
第五篇軟件篇
第24章ANSYS Workbench平颱
24.1添加材料
24.2幾何建模
24.3接觸類型
24.4網格劃分
24.5分析設置
24.5.1Step Controls
24.5.2Solver Controls
24.5.3Anglysis Data Management
24.6載荷與約束
24.7模型求解
24.8後處理
24.8.1結果查看
24.8.2應力精度的原理
24.8.3各種應力結果的含義
24.9小結

參考文獻

前言/序言

　　前言 　　壓力容器規範的發展史，是一部技術進步史。壓力容器分析設計最早源自美國機械工程師協會的ASMEⅢ《核設施元件建造規則》，該協會於1968年發布ASMEⅧ��2《壓力容器另一建造規則》。此後30年，各國紛紛參照ASMEⅧ��2製定本國的分析設計規範。2002年之後壓力容器分析設計方法與20世紀60年代相比變化較大。 　　我國石化行業最早於1971年開始應用分析設計規則，對容器的封頭、開孔和開孔補強以及換熱器管闆等受壓部件，進行瞭大量的分析計算工作。在JB 4732製定之前也曾多次應用應力分析法校核引進工程中的某些重要容器（如加氫反應器等），為製定以應力分析為基礎的壓力容器標準奠定瞭基礎。 　　1995年，我國頒布瞭分析設計規範JB 4732��95，真正開始較大規模地實施分析設計是在2000年之後。然而之後的短短幾年，歐美分彆在2002年和2007年相繼頒布瞭自己的新一代分析設計規範。這兩部規範提齣瞭很多新的設計理念，吸收瞭諸多壓力容器前沿技術，特彆值得關注的是全麵引入瞭彈�菜苄苑治齪褪�值計算方法。目前，國內分析設計規範修訂工作也已提上議事日程。修訂後的分析設計規範將由JB（簡稱“機標”，即原國傢機械工業部標準）改為GB（簡稱“國標”，即國傢標準），設計理念和設計方法，包括其規範名稱和結構都將發生重大的改變。 　　分析設計（Design by Analysis）是ASMEⅧ��2《壓力容器另一建造規則》中的一章（第5章），其與第4章規則設計（Design by Rules）是並列的，指基於數值計算（主要是有限元法）和詳細應力分析的一種設計方法，本書所說的分析設計也指此意，即不包括製造、檢驗等內容。 　　當前我們處在一個特殊時期：既要熟練地按國內規範進行國內工程的設計，同時隨著國內工程公司近年來國際化的步伐不斷推進，設計人員還要瞭解並運用國際規範來滿足海外業主的工程要求。瞭解並學習歐美規範，這既能滿足外資項目或對外投資項目的需求，也能為今後國內規範的修訂做好準備工作並提供有益參考。 　　同時，分析設計的工程應用和市場需求越來越廣泛，學習分析設計的工程師也越來越多。在這樣一個承前啓後的過渡階段，正好可以在總結國內過去10多年的使用經驗的基礎上，立足近年來國際上的技術進步，對分析設計做一個階段性的迴顧，期望達成如下幾個目標： 　　（1） 理解規範條款的原理。分析設計規範的條款都是對設計方法和規則最直截瞭當、言簡意賅的錶述，這對設計人員而言，太寬泛、太籠統以緻不能深刻理解。看起來都簡單明瞭的規範條款，實際實施起來卻睏難重重，對初學者來說，更是感覺無從下手。本書期望為規範條款的理解和實施提供具體的指導、解析規範的來龍去脈、幫助技術人員較深刻地理解並運用好規範。 　　（2） 瞭解國際上的技術進步。分析設計涉及的內容相對較廣，很多知識分布在各種外文資料和文獻中。近幾年國際上壓力容器分析設計技術發生瞭巨大的變化，而這些成果大多發錶在外文期刊上，參閱起來並不是很方便。這給國內技術人員的自學和技能提升帶來瞭睏難。本書試圖把國外壓力容器分析設計的相關知識和技能進行係統的整理，給技術人員的日常設計工作提供便利的參考。 　　（3） 掌握彈�菜苄苑治齙幕�本原理和實施步驟。近年來，軟、硬件的發展從未停息，雲計算等新技術的逐漸普及，也推動瞭彈�菜苄苑治齙墓惴河τ謾Ｃ琅沸亂淮�規範的亮點之一就是彈�菜苄苑治觶�這也是國內規範修訂的必由之路。這對設計人員而言，當前既是機遇，也是挑戰。彈�菜苄苑治魷啾鵲�性分析更為復雜，例如彈�菜苄苑治齙貿齙慕峁�難以用解析解去驗證或判斷其趨勢。本書試圖對彈�菜苄苑治魷喙氐腦�理和步驟加以介紹，這有助於國內技術人員對其原理加深理解，以便今後在設計工作中更好地運用該方法。 　　（4） 瞭解蠕變疲勞分析的基本原理和實施步驟。隨著過程工藝的不斷進步，高溫設備及高溫加疲勞的設備不斷湧現。目前高溫蠕變的設備通常由境外公司設計並製造。國內的幾個知名工程公司及高校已經開展瞭相關的研究和試設計。今後國內分析設計規範修訂時或許會引入相關的內容。高溫蠕變是今後的設計中必須要麵對和解決的問題，本書試圖對其做一個初步性的介紹，希望起到一個拋磚引玉的作用。 　　（5） 瞭解有限元軟件的原理和設置。有限元技術和彈|塑性分析越來越普遍，這是一個趨勢。但是眾多彈|塑性有限元分析技術的使用者卻並不瞭解有限元軟件中所包含的經典塑性理論的各種原理、假設和近似。比如：什麼情況下軟件會考慮鮑辛格效應和遲滯現象？初始屈服和後繼屈服的數學模型在軟件中做瞭各種近似，這些近似在哪些情況下是成立的，在哪些情況下是不成立的？不同的材料模型對壓縮時的屈服做瞭何種假設等？再比如，很少有人留意屈服應力本身也是基於一定假設的：它來自單嚮拉伸試驗，卻用作多嚮屈服準則的參照值。上述這些隱藏在規範和軟件背後的原理和假設是分析設計人員需要瞭解的。本書也會對這部分內容進行探討和介紹，以便在實際的軟件操作過程中針對不同的工程問題選擇正確的計算模型和參數設置。 　　（6） 熟悉典型的工程案例。學習分析設計的最終目的是進行工程應用。本書收集工程實踐中的數個典型實例，除瞭給齣日常設計經常碰到的接管分析、疲勞分析等，還給齣瞭一些如高溫蠕變等比較前沿的分析實例。本書大部分例子是基於ANSYS Workbench軟件完成的，書中討論瞭最新版有限元軟件的工程應用，給齣瞭一些實際工程問題的解決方案，適閤一綫工程技術人員學習和參考。 　　本書內容豐富，共分為五篇24章： 　　第一篇為概述篇。介紹瞭當前國際上（主要是美歐）壓力容器分析設計的技術進步，同時也介紹瞭數值計算（主要是有限元）軟件的發展情況。在此基礎上，討論瞭國內分析設計的現狀及今後的發展方嚮。 　　第二篇為理論篇。壓力容器分析設計是以材料力學、彈性力學、塑性力學及斷裂力學等多門力學為理論基礎的。這些力學問題求解所用的數值方法主要是有限元法。本篇介紹彈性力學、塑性力學和有限元等與工程設計息息相關的理論基礎知識。這些知識是分析設計的基礎和前提，但工程技術人員大多並非力學專業齣身，我們的目標是掌握最基本和最核心的內容，以便在有限元模型的建立和分析過程中作齣正確的判斷。同時，這些理論知識也是正確使用有限元軟件的必要前提，有限元軟件界麵操

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