歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)en 13445分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)概述定稿

1、歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)EN13445分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)概述,蘇文獻(xiàn)上海理工大學(xué)化工過(guò)程機(jī)械研究所2006年8月21日 哈爾濱,前言,歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)用了9年時(shí)間，起草了歐盟非直接接觸火焰壓力容器標(biāo)準(zhǔn)草案prEN13445。該草案于1999年提交各成員國(guó)評(píng)議。在2002年3月為歐盟成員國(guó)正式表決通過(guò)了修改后的標(biāo)準(zhǔn)EN13445，并于同年5月30日頒布了該標(biāo)準(zhǔn)第一版。 EN13445-3有兩個(gè)附錄介紹分析設(shè)計(jì) 即附錄B和C。

2、 本文介紹歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)EN13445分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的思想思路和基本內(nèi)容。,1 歐盟對(duì)當(dāng)前分析設(shè)計(jì)的考慮,1.1 應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問(wèn)題1.2 直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問(wèn)題,1.1 應(yīng)力分類法（彈性方法）的現(xiàn)狀與問(wèn)題 基于應(yīng)力分類法（彈性方法）的分析設(shè)計(jì)要求將應(yīng)力分類成一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，再根據(jù)各類應(yīng)力對(duì)承壓設(shè)備失效的危害性的差異采用不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則加以限制。 有限元分析是基于

3、彈性理論而不是薄殼理論得到應(yīng)力數(shù)值解，如何將這些應(yīng)力數(shù)值解分類成一次應(yīng)力和二次應(yīng)力并進(jìn)行評(píng)定就非常困難。 在過(guò)去的40多年中，分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所涉及的分析設(shè)計(jì)方法未作原則上的調(diào)整和修改。同時(shí)應(yīng)力數(shù)值解的評(píng)定未作十分明確規(guī)定。,如何對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類就成為分析設(shè)計(jì)重要的工作之一。早期的應(yīng)力分類方法主要是等效線性化處理法，包括：點(diǎn)處理法、線處理法和面處理法。后來(lái)，相繼提出了廣義的局部應(yīng)力應(yīng)變節(jié)點(diǎn)重新分布法、彈性補(bǔ)償法和一次結(jié)構(gòu)法等

4、。 分析設(shè)計(jì)最初引入時(shí)，在承壓設(shè)備設(shè)計(jì)中主要的分析方法是薄殼不連續(xù)分析，它是基于薄殼理采用有限元法進(jìn)行承壓設(shè)備響應(yīng)分析計(jì)算后，由于有限元分析是基于彈性理論而不是薄殼理論得到應(yīng)力數(shù)值解，除殼體特別薄以外，應(yīng)力沿壁厚呈非線性分布。,以Hechmer和Hollinger等為代表的美國(guó)壓力容器研究委員會(huì)（PVRC）開展了三維應(yīng)力數(shù)值解評(píng)估技術(shù)研究，但難以取得突破性進(jìn)展。究其原因，是迄今為止仍未解決以下幾個(gè)問(wèn)題：應(yīng)力分類線或面如何選擇

5、哪些應(yīng)力分量應(yīng)當(dāng)線性化三維有限元分析中的應(yīng)力如何線性化,1.2 直接方法（非彈性方法）的現(xiàn)狀與問(wèn)題,分析設(shè)計(jì)規(guī)范中，優(yōu)先選擇彈性計(jì)算的是因?yàn)閺椥苑治龊?jiǎn)單，手段成熟，計(jì)算成本低。但現(xiàn)在這些不是分析設(shè)計(jì)中要考慮的主要問(wèn)題。 分析設(shè)計(jì)中的非彈性分析方法就是采用極限分析及安定性分析的方法直接對(duì)載荷加以限制，而不對(duì)彈性名義應(yīng)力進(jìn)行分類。1.2.1 極限分析1.2.2 塑性分析,1.2.1 極限分析,極限分析是假設(shè)材料為理想彈塑性

6、（或理想剛塑性）、結(jié)構(gòu)處于小變形狀態(tài)時(shí)，研究塑性極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特性。 極限分析的上、下限定理可以用來(lái)確定結(jié)構(gòu)的極限載荷，通常是根據(jù)下限定理來(lái)求結(jié)構(gòu)的下限極限載荷。只有比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題如軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單容器、環(huán)板才能求得其極限載荷。對(duì)一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還無(wú)法求出極限載荷的解析解。數(shù)值解多數(shù)是根據(jù)有限元法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合而建立的。,極限條件往往又是非線性的。因此，只有比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題如軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單容器、環(huán)板才能求得其極限載荷。由于塑

7、性理論模型的復(fù)雜及解非線性方程的困難，到目前為止，對(duì)一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還無(wú)法求出極限載荷的解析解。隨著有限元技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的發(fā)展，近二十年來(lái)極限分析的數(shù)值方法獲得了迅速發(fā)展。目前已建立了多種有關(guān)的算法格式，除彈塑性有限元中的逐步加載法外，大多數(shù)格式主要是根據(jù)有限元法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合而建立的。,為了克服彈塑性增量有限元法的困難，提出了許多求極限載荷的簡(jiǎn)化分析方法：R. Seshadri提出的廣義的局部應(yīng)力應(yīng)變節(jié)點(diǎn)重新分布法[GLOSS

8、] 與真實(shí)的極限載荷差別較大D. Mackenzie和J. T. Boyle首先提出的彈性補(bǔ)償法 求得極限載荷的值比用彈塑性分析求得的值小11%~20%，其準(zhǔn)確性受網(wǎng)格密度和單元階的影響非常大數(shù)學(xué)規(guī)劃法 理解比較困難，有限元程序的編寫也困難,1.2.2 塑性分析,承壓設(shè)備的塑性分析，就是通過(guò)采用試驗(yàn)或非線性有限元法計(jì)算而獲得結(jié)構(gòu)上關(guān)鍵部位的載荷—應(yīng)變(或變形)曲線，然后采用不同的準(zhǔn)則確定塑性載荷。 根據(jù)載荷—應(yīng)變(

9、或變形)曲線確定塑性載荷值的準(zhǔn)則主要有：0.2%殘余應(yīng)變準(zhǔn)則、兩倍彈性變形極限準(zhǔn)則、1%塑性應(yīng)變準(zhǔn)則、兩倍彈性斜率準(zhǔn)則、雙切線準(zhǔn)則、零曲率準(zhǔn)則等。,（1） 雙切線準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則是由Save提出的。該準(zhǔn)則的不足之處是切線交點(diǎn)不位于載荷—變形曲線上，根據(jù)此準(zhǔn)則確定的塑性載荷是通過(guò)外推的方法（2） 1%塑性應(yīng)變準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則是由Townley等提出的。用該準(zhǔn)則確定承壓設(shè)備的塑性載荷與所選承壓設(shè)備的測(cè)量點(diǎn)的位置關(guān)系極大。（

10、3） 兩倍的彈性變形準(zhǔn)則 ASME鍋爐壓力容器規(guī)范第VIII篇1974年版曾采用該方法作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。求出來(lái)的塑性載荷誤差比較大。,（4） 兩倍的彈性斜率準(zhǔn)則 自1975年至今，ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范一直采用的準(zhǔn)則。的分散性。但多數(shù)情況下塑性載荷值偏于保守。 Kirkwood 和Moffat對(duì)受內(nèi)壓作用的直徑相等的三通結(jié)構(gòu)進(jìn)行了極限載荷的計(jì)算，得出對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)按兩倍的彈性斜率準(zhǔn)則得到的塑性載荷是不

11、確定的。 Arturs Kalnlns和Dean P. Updike對(duì)承受內(nèi)壓作用的錐形封頭、碟形封頭與球冠形封頭進(jìn)行了塑性分析，認(rèn)為：對(duì)同一構(gòu)件，當(dāng)選用不同的載荷—應(yīng)變（或變形）曲線時(shí)，按兩倍的彈性斜率準(zhǔn)則確定的塑性載荷誤差最大。,（5） 0.2%殘余應(yīng)變準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則曾經(jīng)被ASME1971年版采用。在由實(shí)驗(yàn)確定載荷—最大應(yīng)變曲線時(shí)，由于最大應(yīng)變不易直接測(cè)出，故此法實(shí)用性并不強(qiáng)。（6） Demir &

12、 Drucker 準(zhǔn)則 Demir和Drucker于1963年建議取實(shí)驗(yàn)極限載荷為實(shí)際位移等于彈性響應(yīng)變形（即假設(shè)材料仍為初始彈性響應(yīng)時(shí)的變形）的三倍時(shí)的載荷。此定義的實(shí)質(zhì)就是三倍彈性斜率準(zhǔn)則。（7） 三倍彈性變形準(zhǔn)則 Schroeder將彈性響應(yīng)的變形取為切線交點(diǎn)變形，并定義塑性載荷為載荷—變形曲線上測(cè)定變形等于3倍彈性變形時(shí)的載荷。,（8） 塑性功準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則是由Gerdeen于1979年提出的

13、。他建議參數(shù)選擇原則是：載荷參數(shù)與相對(duì)應(yīng)的變形參數(shù)的乘積表示功，例如：力和位移、彎矩和轉(zhuǎn)角。這時(shí)，載荷—變形曲線下的面積就表示載荷對(duì)容器所做的功，總的功由彈性功和塑性功組成。塑性功可以用來(lái)判斷在確定塑性載荷時(shí)的變形參數(shù)。9） 零曲率準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則是由陸明萬(wàn)教授等提出的，作為對(duì)雙切線準(zhǔn)則的改進(jìn)。是一個(gè)不含任何人為系數(shù)的準(zhǔn)則。,,上面提到的確定塑性載荷準(zhǔn)則都是根據(jù)載荷—變形曲線存在顯著塑性流動(dòng)階段的特點(diǎn)，通過(guò)給出一定的系數(shù)，在曲線上做

14、出一些特征線，以此來(lái)確定塑性載荷。這里就存在一個(gè)問(wèn)題，即顯著的塑性流動(dòng)階段是根據(jù)載荷—變形曲線上的某些特征來(lái)定性分析的，并沒(méi)有從量上進(jìn)行分析。以下這些情況下并不能根據(jù)其膝部末端來(lái)表征顯著的塑性流動(dòng)的開始。,,（1）在結(jié)構(gòu)存在幾何強(qiáng)化的情況下，對(duì)有些較薄的板殼結(jié)構(gòu)必須考慮大變形的效應(yīng)。（2）在結(jié)構(gòu)存在幾何弱化的情況下，若大變形引起幾何弱化效應(yīng)將出現(xiàn)彈塑性失穩(wěn)情況，（3）在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微弱局部垮塌的情況下，可能出現(xiàn)了兩個(gè)膝部。（4）對(duì)于同

15、一結(jié)構(gòu)，按照不同的確定塑性載荷的準(zhǔn)則計(jì)算的塑性載荷其結(jié)果差別較大。,陸明萬(wàn)教授等對(duì)帶徑向接管的球形容器通過(guò)內(nèi)壓試驗(yàn)，根據(jù)零曲率準(zhǔn)則來(lái)確定其塑性載荷，分析了布置在接管的同一平行圓但母線不同的兩組電阻應(yīng)變片的測(cè)量結(jié)果。理論上講，在各個(gè)測(cè)點(diǎn)處，它們的曲線本應(yīng)該相同，但因局部幾何形狀的影響，實(shí)測(cè)曲線卻具有不同形狀的膝部。,,圖 帶徑向接管的球形容器,安定載荷的計(jì)算是基于Melan下限安定性理論和Koiter上限安定性理論。對(duì)在循環(huán)載荷作用下的理

16、想彈塑性結(jié)構(gòu)，首先要找到一個(gè)殘余應(yīng)力場(chǎng)，再將殘余應(yīng)力場(chǎng)和循環(huán)作用的載荷引起的線彈性應(yīng)力場(chǎng)相疊加，疊加后的應(yīng)力場(chǎng)如果滿足處處不發(fā)生屈服的要求，則結(jié)構(gòu)就處于安定狀態(tài)。這就是Melan下限安定性理論。 在塑性理論中，如果某一方法可以用來(lái)計(jì)算極限載荷，那么，只需經(jīng)過(guò)微小的修改就可以用來(lái)計(jì)算安定載荷。實(shí)際上，極限理論和安定理論是一樣的，只是載荷條件不同，極限理論適用于靜載荷，而安定理論適用于動(dòng)載荷。,1.2.3 安定性分析,2 新概念,

17、標(biāo)準(zhǔn)提出的一些新概念：原理和應(yīng)用準(zhǔn)則載荷部分安全系數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變載荷響應(yīng)的設(shè)計(jì)校核強(qiáng)度的設(shè)計(jì)校核。,（1） 原理和應(yīng)用準(zhǔn)則 原理是對(duì)給定的失效形式的概述、定義和基本要求，一般情況下，原理的基本要求和分析模型不能用其它的來(lái)替代。應(yīng)用準(zhǔn)則是遵從原理并確定是否滿足其要求的過(guò)程。與原理不同的是，針對(duì)同一個(gè)原理，可以有多個(gè)符合相應(yīng)原理要求的應(yīng)用準(zhǔn)則。,（2） 載荷(action) 與以前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不同，歐盟標(biāo)準(zhǔn)中的載荷，指所

18、有加在結(jié)構(gòu)上引起應(yīng)力或應(yīng)變的熱、機(jī)械量，如力、（包括壓力），溫度變化和施加的位移。載荷按隨時(shí)間的變化可分為四類：永久載荷(permanent actions) 永久載荷包括結(jié)構(gòu)的自重、輔助設(shè)備及附件的重量等。變化載荷(variable actions) 可變載荷包括對(duì)結(jié)構(gòu)施加的載荷、風(fēng)載荷和雪載荷，但不包括壓力和溫度及與確定它們相關(guān)的載荷。意外載荷(exceptional actions) 由于一次承載的失效導(dǎo)致二次承載的載

19、荷及意外的地震載荷。 壓力和溫度(pressures and temperatures)以及由它們起決定作用的相關(guān)的載荷。盡管這兩個(gè)量屬于變化載荷，但由于它們具有隨時(shí)間變化的特殊性能以及隨機(jī)的特點(diǎn)等，因此，將他們單獨(dú)化為一類載荷來(lái)考慮。,（3） 部分安全系數(shù) 分析的不確定性，不同的載荷種類及組合形式、不同的失效形式中結(jié)構(gòu)行為和產(chǎn)生后果的差異等都會(huì)給分析帶來(lái)一定的困難。為了綜合考慮這些因素的影響，歐盟標(biāo)準(zhǔn)引入了部分安全

20、系數(shù)的概念。對(duì)不同的載荷，不同的載荷組合，不同的失效形式和不同的結(jié)構(gòu)，分別給予不同的部分安全系數(shù)。這些部分安全系數(shù)組成了結(jié)構(gòu)的總體安全系數(shù)即復(fù)合安全系數(shù)，以此來(lái)調(diào)整結(jié)構(gòu)的安全裕量。標(biāo)準(zhǔn)給出了各種載荷在不同條件下的部分安全系數(shù)。（4）（等效的）無(wú)應(yīng)力集中模型 （等效的）無(wú)應(yīng)力集中模型是一個(gè)等效的無(wú)局部應(yīng)力或應(yīng)變產(chǎn)生的理想結(jié)構(gòu)模型 。,（5） 結(jié)構(gòu)應(yīng)變 在一個(gè)無(wú)應(yīng)力集中模型中的應(yīng)變。例如，考慮除了引起局部應(yīng)力或應(yīng)變集

21、中的實(shí)際幾何形狀結(jié)構(gòu)模型這樣的理想模型中確定的應(yīng)變。 結(jié)構(gòu)應(yīng)變包括了總體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)影響。如支管連接，原錐體和圓柱體的連接、筒體和封頭的連接、厚度的不連續(xù)，補(bǔ)強(qiáng)，帶有總體影響的設(shè)計(jì)形狀的偏離，例如圓柱殼體的不圓度，但是，不包括局部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)中的缺口的影響，如笑的焊縫半徑處，焊趾、焊縫的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，小的（部分穿透）的開孔，或者局部的溫度場(chǎng)。 使用殼單元或者梁?jiǎn)卧M(jìn)行有限元分析，可以直接給出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。,（6） 載荷響應(yīng)的設(shè)

22、計(jì)校核 載荷的設(shè)計(jì)響應(yīng)是在外部載荷作用下在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的載荷、內(nèi)力（廣義應(yīng)力）和應(yīng)變，它是設(shè)計(jì)載荷和結(jié)構(gòu)幾何尺寸的函數(shù)。載荷響應(yīng)的設(shè)計(jì)校核是在特定的載荷組合下，就結(jié)構(gòu)特定的極限狀態(tài)（代表一種或幾種失效形式），對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)定。在設(shè)計(jì)校核中，用設(shè)計(jì)載荷的特征值乘以相應(yīng)的部分安全系數(shù)，得到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)載荷，再求得相應(yīng)設(shè)計(jì)響應(yīng)值，將它和相應(yīng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度作比較。設(shè)計(jì)強(qiáng)度是對(duì)應(yīng)的載荷組合的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度除以相應(yīng)的強(qiáng)度部分安全系數(shù)。,（7）失效模式和極

23、限狀態(tài) 主要的失效模式以及相關(guān)的極限類型列在表1上。最新的分類是按照載荷是短期作用、長(zhǎng)期作用還是循環(huán)載荷來(lái)分的。 極限狀態(tài)可以分為最終極限狀態(tài)和功能性極限狀態(tài)。 最終極限狀態(tài)是與部件和容器的爆炸或垮塌相關(guān)，或者與可能危及生命，包括：總體塑性變形失效、疲勞引起的斷裂、容器或其部分不穩(wěn)定引起的垮塌。 功能性極限狀態(tài)是部件或容器的超過(guò)了給定的功能性準(zhǔn)則并且不能夠再滿足該準(zhǔn)則的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。能極限狀態(tài)包括：能夠嚴(yán)重地影響

24、容器的使用，包括機(jī)器或功能的正常作用，或者引起結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)單元的損壞的變形或位移。安全的其它結(jié)構(gòu)失效形式相關(guān)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。,3. 直接方法,用直接方法來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的各種失效機(jī)理分析是歐盟標(biāo)準(zhǔn)在分析設(shè)計(jì)中的最大特點(diǎn)。同時(shí)，也保留了傳統(tǒng)的應(yīng)力分類方法，應(yīng)用于薄殼等簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所涉及的，每一個(gè)相應(yīng)的失效模式，都有一個(gè)相應(yīng)的設(shè)計(jì)校核，每一種設(shè)計(jì)校核代表一種或多種失效模式。EN13445所包括的失效：總體塑性變形（GPD）漸增塑性

25、變形（PD）失穩(wěn)（I）疲勞（F）失去靜平衡（SE）,3.1 總體塑性變形（Gross Plastic Deformation GDP）,原理對(duì)每一個(gè)載荷工況，載荷的設(shè)計(jì)值或載荷組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)當(dāng)通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)模型來(lái)表達(dá)，該設(shè)計(jì)模型要遵循以下原則：,1） 材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；2） 服從tresca屈服準(zhǔn)則（最大切應(yīng)力準(zhǔn)則）和相關(guān)聯(lián)流動(dòng)準(zhǔn)則；3） 設(shè)計(jì)強(qiáng)度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；4） 部分安全系數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；5） 對(duì)

26、所有載荷的按比例增加和無(wú)應(yīng)力初始狀態(tài)的無(wú)應(yīng)力集中模型，主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大絕對(duì)值應(yīng)當(dāng)小于——5% 正常操作載荷工況——7% 試驗(yàn)載荷工況,Dear Mr Wenxian,The 5% are from a purist point of view arbitrary. Mainly we wanted a unique answer for a DBA performed by different people, with dif

27、ferent software, different patience etc. In our first draft we did use the tangent intersection approach - i.e. we used as design value for what we then still called resistance the value of the action corresponding to th

28、e intersection of the tangent in the elastic regime and the tangent in the plastic regime foe a value which resulted in a plastic deformation of not more than 5%. This lead to two problems: As you know this functions pro

29、perly only if the action is combined in this diagram with a deformation measure that corresponds to the action and the multiplication of which with the action gives the corresponding work. that sounds easy theoretically

30、for an action being a force or a moment, but is difficult in practice when dealing with pressure - the corresponding measure would be the volume change!,The twice-elastic-slope approach, used by some researchers, had bee

31、n shown to be usable only in special cases. There remained only one useful measure as a break-up point - the plastic strain. Since we are dealing with actions close to the fully plastic limit, where action-deformation cu

32、rves are already flat, the value itself is not of major importance, it has to be large enough to use the advantages of DBA almost fully, and it has to be small enough to limit computation time. Since we were already disc

33、ussing on a limit for creep strain, and had agreed on 5% for that, we used the same value. Since in this region elastic strain concentrations tend to disappear by plastic deformation, and since we wanted to make FEA easy

34、, allow for the use of plate and shell elements, we limited the structural strain.  With kind regards Zeman,應(yīng)用準(zhǔn)則：下限極限法如果能夠表明在該準(zhǔn)則里用給定的設(shè)計(jì)模型確定的任何載荷或載荷組合的下限極限值都能夠達(dá)到而不違反應(yīng)變限定，如果載荷或載荷組合的設(shè)計(jì)值沒(méi)有超過(guò)下限極限值，那么

35、，就可以滿足該準(zhǔn)則。,3.2 漸增塑性變形（Progressive Plastic Deformation PD）,原理對(duì)于載荷循環(huán)應(yīng)當(dāng)通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)模型來(lái)表達(dá)，確保漸增塑性變形不發(fā)生。該設(shè)計(jì)模型要遵循以下原則：1）準(zhǔn)守小變形理論；2） 材料本構(gòu)關(guān)系線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；3） 服從von Mises屈服準(zhǔn)則，（最大變形能準(zhǔn)則）和相關(guān)聯(lián)流動(dòng)準(zhǔn)則；4） 設(shè)計(jì)強(qiáng)度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；注：在設(shè)計(jì)校核里，所有的部分安全系數(shù)等于1，設(shè)計(jì)

36、值和設(shè)計(jì)函數(shù)都等于特征值和特征函數(shù)。,應(yīng)用準(zhǔn)則1 ：技術(shù)適應(yīng)（Technical adaptation）如果能夠表明在對(duì)考慮的載荷工況作用給定的循環(huán)數(shù)后，主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大絕對(duì)值不超過(guò)5%，那么就說(shuō)滿足該準(zhǔn)則。如果沒(méi)有給定循環(huán)數(shù)，那么就可以假定一個(gè)合理可行的循環(huán)數(shù)，如至少500次循環(huán)。這樣，就能夠滿足相應(yīng)的原理。應(yīng)用準(zhǔn)則2：安定如果等效無(wú)應(yīng)力集中模型在循環(huán)載荷作用下能夠安定到線彈性行為，那么，就說(shuō)，能夠滿足相應(yīng)的原理。,3.3

37、失穩(wěn)（Instability I）,原理對(duì)每一個(gè)載荷工況，一個(gè)載荷或載荷組合的設(shè)計(jì)值將不大于以5%對(duì)最大主結(jié)構(gòu)應(yīng)變的限定獲得的相應(yīng)的屈曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。設(shè)計(jì)模型要求遵循以下原則：1）按照在EN13445-4:2002中或者在圖紙上給定的許用的偏移，來(lái)根據(jù)臨界（經(jīng)典的或分叉）屈曲形狀或偏離來(lái)進(jìn)行預(yù)變形處理；2）材料本構(gòu)關(guān)系為線彈性理想塑性本構(gòu)關(guān)系；3）服從Von Mise屈服條件和相關(guān)聯(lián)流動(dòng)準(zhǔn)則；4）設(shè)計(jì)強(qiáng)度參數(shù)按照相關(guān)規(guī)定；

38、5）所有載荷比例加載；,6）初始狀態(tài)為無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計(jì)值將由曲屈強(qiáng)度除以相應(yīng)的部分安全系數(shù)來(lái)確定。應(yīng)用準(zhǔn)則1 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)給定的載荷工況如果相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果可以使用的話，下列的應(yīng)用準(zhǔn)則可以使用：如果一個(gè)載荷或載荷組合的設(shè)計(jì)值不大于基于試驗(yàn)觀察得到的期望的失效值范圍的下限，那么，該原理就能夠滿足。試驗(yàn)將包括形狀偏差的影響。試驗(yàn)結(jié)果將和具有試驗(yàn)確定的削減系數(shù)的理論模型相關(guān)聯(lián)。這樣一個(gè)理論模型將包括在彈性范圍內(nèi)的曲屈失效，并將計(jì)算的

39、應(yīng)力與屈服應(yīng)力相比較，也可以包括形狀缺陷的影響。設(shè)計(jì)形狀的偏差就確保了形狀缺陷保持在試驗(yàn)數(shù)據(jù)所包括的范圍。,應(yīng)用準(zhǔn)則2 第8款（針對(duì)壓力載荷）在第8款中給出的要求滿足了作為針對(duì)壓力載荷的穩(wěn)定性要求正常操作載荷工況下的設(shè)計(jì)校核a)      載荷的部分安全系數(shù)和組合準(zhǔn)則，在b8.2.3中給定，（針對(duì)GDP-DC），另外，溫度載荷也將包括在所有的相關(guān)載荷工況里，它的部分安全系數(shù)是1.0

40、。b)      材料強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)表8.2(對(duì)GPD-DC)。這些值可以直接使用，不需要乘以安全系數(shù)。c)      對(duì)曲屈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值的確定，部分安全系數(shù)將是：1.25 如果壓力試驗(yàn)（外壓）按照EN13445-5:200進(jìn)行1.5 其它情況，不按照EN13445-5:200進(jìn)行,3.4疲勞失效（Fatigue failure

41、F）原理針對(duì)壓力/溫度和變化載荷得到的破壞指標(biāo)Dd的設(shè)計(jì)值將不超過(guò)1。應(yīng)用準(zhǔn)則 在EN13445標(biāo)準(zhǔn)的18款中給出了要求滿足作為對(duì)疲勞失效的校核 標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞分析時(shí)，定量考慮了溫度、表面粗糙度、厚度、平均應(yīng)力的影響，對(duì)母材和焊接材料給出了不同的評(píng)定方法。相應(yīng)地，分別給出了母材和焊接材料的疲勞設(shè)計(jì)曲線。,3.4靜平衡（Static requirements SE）,原理結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定的載荷的設(shè)計(jì)響應(yīng)小于

42、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定載荷的設(shè)計(jì)響應(yīng)。設(shè)計(jì)校核a)載荷部分安全系數(shù)在表B8.2.和B8.4給出（針對(duì)GDP-DC）。如果使用了（區(qū)域指定的數(shù)據(jù)）特征值，就有必要對(duì)載荷使用不同的部分安全系數(shù)，來(lái)維持所有的安全要求。對(duì)于靜平衡的確認(rèn)，由穩(wěn)定（有利的）載荷的下限設(shè)計(jì)值表示，以及不穩(wěn)定（不利）載荷的上限設(shè)計(jì)值表示。依據(jù)從下列載荷導(dǎo)致的穩(wěn)定與不穩(wěn)定可將永久載荷由適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)值來(lái)表示，,——一個(gè)單個(gè)的永久載荷的有利和不利部分和（或）——不同的永久載荷無(wú)

43、關(guān)結(jié)構(gòu)或由不同結(jié)構(gòu)材料制造的非結(jié)構(gòu)單元的自重將作為單獨(dú)的永久載荷處理。均質(zhì)結(jié)構(gòu)的自重將作為單個(gè)永久載荷處理。必要的結(jié)構(gòu)相似部分的自重（或者必要的單一的非結(jié)構(gòu)單元的自重）將作為單個(gè)永久載荷的單獨(dú)的有利或不利部分來(lái)處理。,b)組合準(zhǔn)則對(duì)穩(wěn)定影響，只有能夠可靠的認(rèn)為能夠出現(xiàn)在考慮的情況下的那些載荷才能夠包括在相關(guān)的組合中；變化載荷將應(yīng)用到變化載荷增加穩(wěn)定性效果的場(chǎng)合，而在變化載荷增加不穩(wěn)定效果的場(chǎng)合忽略它。要考慮非結(jié)構(gòu)單元被忽略或除

44、去的可能性。變化載荷的有利影響不需要考慮在幾何尺寸的值的不確定性影響靜平衡確認(rèn)的場(chǎng)合，尺寸將通過(guò)在確認(rèn)中最有可能達(dá)到的最不利的值來(lái)表示。,4. 非直接方法（應(yīng)力分類法）,4.1目的4.2術(shù)語(yǔ)和定義4.3應(yīng)力的分解4.4確定應(yīng)力相關(guān)方法的要求及選擇4.5 應(yīng)力分類,4.1目的 1）作為規(guī)則設(shè)計(jì)的替代物；2）作為在下列情況下對(duì)規(guī)則設(shè)計(jì)的補(bǔ)充：——規(guī)則設(shè)計(jì)不包括的情況；——所涉及到環(huán)境載荷疊加的情況； ——超出了在

45、EN13445-4:2002第5款中給出的制造偏差的意外情況，在這樣的情況下，任何超過(guò)偏差極限的偏離都要在文件中清楚的標(biāo)注；——作為分析設(shè)計(jì)直接方法的替代物。,4.2術(shù)語(yǔ)和定義 EN13445在應(yīng)力分類法中的一些基本術(shù)語(yǔ)和定義與目前使用的美國(guó)ASME規(guī)范、英國(guó)BS5500和中國(guó)的JB4732—95《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》基本一致。如總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)；一次應(yīng)力，二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力、等效應(yīng)力,4.3應(yīng)力的分

46、解歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN13445將應(yīng)力處理線的概念正式納入標(biāo)準(zhǔn)，并給出了具體的應(yīng)力線性化方法。應(yīng)力支撐線概括起來(lái)說(shuō)，應(yīng)力的分解，將通過(guò)沿壁厚的一條線段即應(yīng)力支撐線來(lái)進(jìn)行的。應(yīng)力支撐線的長(zhǎng)度e，是連接器壁內(nèi)外表面的距離最小的線段，見(jiàn)圖。在遠(yuǎn)離總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)的區(qū)域，應(yīng)力支撐線是垂直于器壁的中面，其長(zhǎng)度e所分析處的壁厚。具體的線性化過(guò)程分兩步：第一步是選擇一條應(yīng)力分類線。該線是連接所選結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位兩個(gè)表面的最短線。對(duì)于遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)不連續(xù)的區(qū)域，

47、該線垂直于兩個(gè)表面，其長(zhǎng)度等于殼體厚度。,,第二步是將應(yīng)力沿這條線線性化處理。將容器各計(jì)算部位應(yīng)力，按選擇的危險(xiǎn)截面把各應(yīng)力分量沿該應(yīng)力分類線進(jìn)行均勻化和當(dāng)量線性化處理，然后進(jìn)行應(yīng)力分類評(píng)定。均勻化處理后的平均應(yīng)力屬于薄膜應(yīng)力，當(dāng)量線性化處理后，應(yīng)力的線性部分屬于二次應(yīng)力，剩余的非線性部分屬于峰值應(yīng)力。1）薄膜應(yīng)力 薄膜應(yīng)力分量是應(yīng)力沿壁厚e的平均值，,,2）彎曲應(yīng)力 彎曲應(yīng)力是沿壁厚線性分布的應(yīng)力成分：,,由于分析設(shè)計(jì)中只考慮殼體內(nèi)

48、外壁的最大和最小彎曲應(yīng)力，其值為,,3）線性化的應(yīng)力 線性化的應(yīng)力由薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力相加得到,,4）非線性應(yīng)力 一點(diǎn)的應(yīng)力的非線性部分即峰值應(yīng)力是總應(yīng)力和線性化應(yīng)力的差,,4.4確定應(yīng)力相關(guān)方法的要求及選擇線彈性假設(shè)基本應(yīng)力將按照線彈性假設(shè)來(lái)確定，并且滿足1）材料本夠關(guān)系是線彈性的，服從胡克定律；2）材料是各項(xiàng)同性的；3）小位移小變形（小變形理論）確定應(yīng)力方法 選擇確定應(yīng)力的方法是制造商的責(zé)任，可以是數(shù)值法、分析法或

49、試驗(yàn)法。下列要求只與使用通過(guò)計(jì)算確定應(yīng)力的方法相關(guān)。當(dāng)所研究的容器的組成部件可以劃分為殼和板的時(shí)候，使用一般的力學(xué)參數(shù)描述這些部件的計(jì)算,方法一般來(lái)講（例如在一個(gè)截面沿著壁厚方向分布的線性應(yīng)變和應(yīng)力分布的總體變形和應(yīng)力結(jié)果），是可以接受的。 對(duì)于下列情況上述要求要明確：——對(duì)于在18款要做疲勞分析的容器不進(jìn)行要求；——對(duì)要做如此分析的但不需要進(jìn)行峰值應(yīng)力評(píng)定的容器或容器部件（例如在臨界疲勞區(qū)域所有的情況都是在焊縫連接處）；—

50、—要使用18款進(jìn)行峰值應(yīng)力評(píng)定的容器或容器部件，可以使用適當(dāng)?shù)膽?yīng)力集中系數(shù)，應(yīng)用到從這些方法倒出的線性化應(yīng)力中；,厚壁容器或厚壁容器部件的分析，特別是存在熱載荷的情況下，可能要使用細(xì)化的子模型（兩維或三維連續(xù)介質(zhì)允許進(jìn)行實(shí)際的沿壁厚的非線性應(yīng)力或應(yīng)變分布分析）； 在所有的情況下，使用的方法的準(zhǔn)確性或保守性是適合的來(lái)確保所要進(jìn)行分析的計(jì)算出來(lái)的應(yīng)力的典型代表性。從這方面來(lái)講，建議使用試驗(yàn)的或認(rèn)可的方法。,4.5 應(yīng)力分類通過(guò)分

51、析確定的應(yīng)力將按照不同的類別進(jìn)行分類，這些不同的應(yīng)力類型在C.2進(jìn)行了定義。在某些情況下，這些定義的解釋可能有問(wèn)題，在很大程度上，依據(jù)分析者的判斷。為了減少分類的困難，表C-2描述了這些分類，可以應(yīng)用到包含絕大多數(shù)情況的某些結(jié)構(gòu)上。在該表中給出的信息參考了按照C4.5中的要求計(jì)算的應(yīng)力。對(duì)于特定的幾何分布或載荷分布的分析，那些在這些表中的應(yīng)力分類是不合適的，允許將它們不按分類表的方法進(jìn)行分類，只要替代的分類能夠按照C.2中給出的定義進(jìn)行