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5三维币
ASME压力容器规范分析与应用
9 Y% f4 R2 A: h; I: }3 f% ]4 f5 P, f. g+ _! h( t
内容简介： 本书是系统地分析美国《锅炉及压力容器规范》第Ⅷ卷1、2、3册的专著。由于美国“规范”编排方式的特殊性，同一主题前后穿插，有关内容相互关联，以致在查阅某一主题时颇费周折。为方便读者应用“规范”，本书根据国内使用习惯，把各主题列成专章介绍。本书着重于分析“规范”中有关规程的制定原理，并理清在应用中的主要思路，以帮助读者全面理解和使用“规范”。 ' S' ~( j; W' E/ l4 Y6 v' O& f
本书可供从事压力容器设计、制造、检测、检验和安全监察人员、特别是“规范”取证单位以及与涉外项目有关的人员学习和使用“ASME Ⅷ-1”、“Ⅷ-2”和“Ⅷ-3”之用；也可作为上述人员和有关科技人员进一步理解美国压力容器规范和技术进修的参考材料。 * j. k# F9 A$ Z: i
5 f% E+ L7 U7 ]7 A' s# j+ K& d
! J9 M0 M! K2 X" y! \0 K
目 录：
8 c }& I: C1 o5 u( f: n. e | 第1章 绪论1
3 i1 O d& W0 K3 @( b0 S参考文献11 ! ^' M' C: |: t
第一篇 ASME Ⅷ-1和Ⅷ-2的按规则设计部分分析 ' k, Z; w e3 t9 _/ ?
第2章 材料、安全系数和防脆断措施14
- E4 H$ s, @ t# n' a2.1受压件和非受压件的材料14
0 f7 i5 o* Z: L. f3 k2 r2.2安全系数和材料许用应力的确定15 3 l7 _6 l* r; i2 P/ k
2.3防止脆性断裂的总体思路、措施及其相关规定的制定依据17 3 f$ ?* P: h9 g2 s# k+ h' Q4 O- v7 |
2.3.1防止脆性断裂的历史沿革17 / r* ^2 Q8 h0 C6 X2 h
2.3.2ASME Ⅷ1的防脆断措施分析19 3 |0 e1 i; R4 R8 H% b; D' W
2.4Ⅷ-2在材料、安全系数和防脆断措施方面的主要区别26
; Q5 ~" k9 |/ j& S. O0 h N1 T2.4.1确定许用应力的安全系数和许用材料26 0 F9 o8 p9 \1 T# X/ g/ c+ ^7 K
2.4.2防止脆性断裂的措施 26
i) p1 q& g- c! P* h参考文献29 # I, T1 ?+ W4 h4 [0 N
第3章 焊接接头和焊接接头系数30
6 ^. V2 G4 c. |' G: [+ j3.1焊接接头的分类30 0 x, k, o+ G6 n5 s
3.1.1分类的目的30
5 Q# H0 x: [5 }! n6 a( ~/ r3.1.2分类的基本出发点30 & _6 A* P$ {8 e5 M$ |, |; w5 Y, w
3.1.3焊接接头分类31
9 \, {' z8 G0 G3.1.4焊接接头类型34
$ U( ?$ @4 J+ x0 {1 N9 E/ D; z3.2焊接接头系数36
9 z6 H& N/ R6 v% {3.2.1焊接接头的使用限制36
7 f5 f' R3 g+ M: C3 W# ^& p3.2.2焊接接头的无损检测要求和相应的标志36
& } D6 \. Q F! v7 K3.2.3焊接接头系数的选用37 / l n; B C' n% Y* R
3.2.4确定焊接接头系数的实例分析39 9 z8 J/ G( |; w
3.2.5角接接头的结构类型和强度校核41
/ ^ N4 _9 [ c' ]0 d, p3.3焊接接头的有关问题42 / ]( }6 o2 T/ I5 g- q
3.3.1焊接接头处及其附近的开孔42 * D: o5 X! x- V: M; v, {$ Y" y( y' x
3.3.2焊接接头在容器上的布置43 4 e$ W; m8 i, A5 `% b/ h: U# v5 x
3.4Ⅷ-2在焊接接头类别和类型、焊接接头的使用、无损检测以及焊接接头系数上的主要区别44
& n" z R7 P7 Y& W, X, ^! o参考文献50
& v' s7 a7 { z: Y* E% S第4章 容器设计中的有关问题51
: Q# V1 d6 ?$ _! p$ [+ ` f+ a4.1失效准则51
$ E6 r: I$ T9 j0 Z7 ~% n0 ]4.2强度理论52 6 ]+ z% Z5 K: O$ E% c
4.3载荷52
, x/ O8 Y* m) a" z. s3 V4.4设计（操作、许用）温度和设计（操作、最大许用工作）压力52 # a" P7 s. s8 |2 C
4.5独立容器和组合容器53 9 ~' X' `' o4 d1 O9 x
4.6厚度54
" @: x6 N# k1 C# K; L) [& u) s4.7压力试验54
' Y2 j d9 ~* X; C1 @) I+ G' {' N& d4.7.1液压试验 55
# r! `$ G/ Q9 J4.7.2气压试验57 6 z7 Y( H) c0 ?4 l
4.7.3试验温度57 / k$ h: m5 a+ g* h* Y X5 Z+ K: O
4.8Ⅷ-2在所用强度理论、载荷和压力试验上的主要区别58 7 a: f2 R! x, U& b9 B# Z+ ^ K2 m
第5章 内压圆筒和封头设计62
4 E2 u( Y; Y( q& F7 N3 ]5.1内压圆筒和球壳设计62 8 Y: _# |+ {; ]" D0 j- X( L
5.2内压封头设计64
: h) A1 ?0 M" |; l. `/ n5.2.1椭圆形封头设计 65
" v+ K1 k7 l, X5.2.2碟形封头设计68
2 ^& M2 Q, B6 X0 s4 ~( q0 H5.2.3锥形封头设计70
9 B; K. m! A1 i) a5.2.4平封头设计73
- n8 U. S& r" I$ s9 b, u5.3ASME Ⅷ-2在内压圆筒和封头设计中的主要区别75 # K1 H3 C, f& Y0 {' H: z7 ?0 d
5.3.1圆筒、球壳和锥壳75 9 P) d/ z3 }+ r: n: J
5.3.2碟形和椭圆形封头设计79 ) ?9 V" ^2 c0 Y& ]
5.3.3平封头设计80 , T8 f+ h; \7 ?0 _9 P" C. t
参考文献80
# Q& Q: _! G! o$ P第6章 真空容器和外压元件设计81
6 |6 z' X6 j2 |5 ]6.1外压圆筒的周向稳定性设计82
' d. s# u7 j8 t8 I5 B6.1.1外压圆筒的周向稳定性设计83
8 U$ v* s) a" r+ J# L# E6.1.2外压圆筒上的加强圈设计 88
6 s! |3 z3 _6 f- @. K; X6.2外压封头设计 91
# W2 b1 [. y1 T6 J6.2.1球形封头设计91
" S R' ]+ Y. F% m8 j7 ~) Q. f+ e6.2.2椭圆形封头设计 92 * \- n! S. U5 r" q
6.2.3碟形封头设计92 ~8 h" |/ x: u, D' T
6.2.4锥形封头设计92 ' d4 d2 H( a) _* E1 r( `
6.3圆筒的许用轴向压缩应力96 # u% T$ X% h9 m! @: S
6.4半管式夹套容器设计97 7 H$ {7 K2 P8 u, u9 [9 P9 [
6.4.1半管式夹套容器设计的主要思路 97 . U, y" }8 M( D* b7 ^
6.4.2设计方法、步骤和应予注意之点98 2 F V4 g% }! X' B
6.5ASME Ⅷ-2在外压元件和半管式夹套设计中的主要区别99
2 v) y2 W P' F$ T0 s7 }! \6.5.1ASME Ⅷ-2（2007）对外压元件设计的修改 99
7 t {4 `' k* S, \) w6.5.2设计中的有关问题100
3 c# J1 U+ k4 e( @7 b9 z6.5.3圆筒在外压及其他载荷作用下的设计102 + |& D6 M) f4 B! j g. [2 M. z
6.5.4锥壳在外压及其他载荷下的设计105 ( ^; q7 [* s8 z1 `! `8 r
6.5.5ASME Ⅷ-2（2007）对半管式夹套设计的修改107 & a; p$ \4 X5 n" t5 O0 _
参考文献107
4 {* p6 W6 }, O8 V8 t2 D第7章 开孔接管及其补强设计108 7 W( I3 [+ e( q
7.1开孔补强的理论基础108
# Y; S$ d; J6 F3 p f7.1.1孔边的应力增强108
5 w4 u, m" m) W; o7.1.2开孔对容器承载材料的削弱109
$ d8 T3 V$ i' n6 ? Q7.1.3接管和器壁构成不连续结构所引起附加的边缘应力110 , W' O. b% C. S0 \' E! j& C
7.2ASME Ⅷ-1的补强设计方法111 - r$ z) F" g% Z8 t! x+ t
7.2.1补强设计准则111
6 }/ O) a9 P# p" s: G7 V' `, b7.2.2开孔形状、开孔相对于元件尺寸的限制111
( g3 I8 r$ Z! V; R& t7.2.3补强的有效范围112
( \$ }6 }$ G' X. a; ]! _, e7.2.4不需补强的最大开孔直径112
# h0 x! x( ^8 E F' I4 ]7.2.5开孔和焊接接头的相遇或相邻112
) L, Y+ Z+ v" D. ^- ?& J. j7.2.6开孔补强计算113
! f( u6 {' t8 T4 S7.2.7圆筒和锥壳上的大开孔补强117 5 T# \ r6 N, Z
7.2.8补强件及其焊缝的强度校核118
% [1 a6 j% l& L. v9 w+ g+ `7.2.9接管颈部的厚度118
, a, c2 y: n. L7.3ASME Ⅷ2的补强设计方法118
8 `* a: v5 A! F3 m4 v7.3.1总的思路118 ( W$ v0 T, E" Q$ e2 T% N
7.3.2补强计算的步骤简述121 3 h" k/ C0 e, O+ U
参考文献122 3 ]" y! J: ?* J2 _
第8章 法兰及其相关元件的设计123 * g# V: D) X2 g* X
8.1密封计算124 $ F2 |5 ]1 U8 v Y' {# V7 W
8.2法兰计算125 ' e9 i. A* E$ m$ [1 }5 K, @( q
8.2.1法兰应力计算125 / Y8 E7 _! _# s" L
8.2.2法兰力矩计算127 3 l! l# b5 e I1 b
8.2.3法兰设计的应力和刚度校核129 ) H% `% N5 S: F+ f3 C% E6 u/ S
8.3用螺栓连接的凸形封头131 . G4 I( I+ o4 B& V5 R! p& ^
8.3.1类型（a）的设计132
9 {5 G/ c4 T3 E ?) c3 E7 c# }8.3.2类型（b）的设计132 0 h$ \+ L7 g; ]7 k* V7 x
8.3.3类型（c）的设计133 # M) N; m/ R* z, `) K
8.3.4类型（d）的设计135 # O- ^ s! }2 ]7 S/ Y! E" q
8.4反向法兰和中心开有单个大圆孔的整体平盖137
, a/ P% U3 X4 j3 H- O6 ]& X8.4.1反向法兰137 + A3 ]) ?5 z$ d- e6 ~. e o
8.4.2中心开有单个大圆孔的整体平盖139 5 r0 P( g* b9 o$ n
8.4.3中心开有单个大圆孔平盖和反向法兰的相互联系143
1 H& M. c6 ]( u% X c5 C) ?; C8.5卡箍连接件的设计144
" m! s( g0 B7 W/ J# Y: T3 c, l8.5.1卡箍连接螺栓的受载分析和设计144 8 n! z& v; p9 [, {2 D
8.5.2卡箍和高颈的受载分析147
" b: S2 ~4 }! v9 ?* h8.5.3高颈和卡箍的应力分析和校核条件149 # W- K2 y6 y# [+ D% A: B: ]
8.6ASME Ⅷ2在法兰及其相关元件设计上的主要区别151
2 @& u- \1 P3 T8.6.1法兰设计151 6 A% d/ n1 U; u" c3 q
8.6.2用螺栓连接的凸形封头设计152
, b* h, j4 q3 q+ r8.6.3反向法兰设计152
* |! g8 n" j, s; }1 P0 V d/ ~2 A/ T8.6.4卡箍连接件设计152
4 j% k* k6 f L4 A+ r5 S参考文献152第9章 非圆形截面容器153
) t) l! S( ^ W v& n' I- v9.1非圆形截面容器的结构和载荷分析153
8 }+ `; }" D6 U/ E) @9.1.1焊接结构和设计中的考虑153
& e) Z: d7 Q4 Y7 p9.1.2开孔和对开孔后引起削弱的考虑154 3 Q6 c/ z" l E% p8 l. ~
9.1.3载荷154
. O3 F5 M+ L' R# @! G9.2非圆形截面容器设计原理分析154 ( F' K7 }" U3 o7 S4 _6 _7 g: c
9.2.1容器两端封头对侧板的加强作用155
( C/ U' @8 d; o) [2 }9.2.2设置加强件的有关问题156
, M. O7 I3 h0 @' X9 f2 X) P9.2.3应力校核条件159
' H- U7 m! r% W6 X/ f/ N: A o9.2.4焊接接头系数E和孔带削弱系数ｅ159 5 U O. z9 S* z+ o1 f
9.3内压非圆形截面容器设计公式举例分析160
* E! L* ~: A8 {3 Y% Y9 x# _9.3.1无加强件、无拉撑件、无过渡圆弧的对称矩形截面容器160 ; X9 ? a1 g9 ?. x& c9 l9 v K' O
9.3.2无拉撑件、无过渡圆弧、设有加强件的对称矩形截面容器162
6 O' l) H+ M& G% }9.4受外压（真空）的非圆形截面容器164 5 j& v% g W/ n: J- e+ a5 j2 c
9.4.1侧板和封头的稳定性校核164 9 m6 b9 }4 y' t: Q; Z5 R
9.4.2非圆形截面容器的柱状稳定性校核167 * u$ R+ F# m( y1 `# @
第10章 管壳式换热器和膨胀节169
* H0 |- U) ^4 H5 N. I& P8 \# R10.1管壳式换热器管板设计的基本原理169
% F( l; ~1 s7 D; C, u10.2各类换热器管板对开孔削弱的共有考虑170
9 V6 Z* X: I* U% v( T10.3U形管式换热器管板的设计171 2 Z& n6 i( j6 `$ c3 l4 F+ m
10.3.1结构类型171
. F- T; m1 W- u9 `. N( [10.3.2影响各类管板结构的因素分析171 ' e" L' k+ x. y. i
10.3.3设计规程分析173 6 o: r3 g: f6 F% u4 c& C) T
10.4固定管板式换热器管板的设计175 " p8 X3 b8 ^ H' P) e; m4 D4 b9 Y1 l
10.4.1结构类型175
- U2 W0 @& \8 r10.4.2影响各类管板结构的因素分析175 0 a: F3 i* N* c8 x: E: k7 k! `
10.4.3设计规程分析176
$ R f2 w2 F3 J2 l9 U0 f+ i10.4.4计及邻近管板处筒体不同材料和厚度的结构和设计180 9 [; j" S9 v, x. T R
10.5浮动管板式换热器管板的设计181 ) U, W0 x) q# u+ `$ {
10.5.1结构类型181
2 g* i V8 @8 _/ P# h6 ], [: o* \) C10.5.2影响各类管板结构的因素分析182 % h+ I/ |8 ]6 G* t% D a: q
10.5.3设计规程分析183 ; D( u6 F# x/ Q. _) X
10.6管子对管板连接的焊缝设计186
6 F$ M3 I* c9 Z+ {6 T10.7膨胀节188 " V' `% h# _2 |# r
10.7.1强度、刚度要求和许用循环次数计算 188
' A1 k: u) t* {# T Y3 E10.7.2轴向位移计算190 4 O7 ~- T1 H8 A" z2 q) r4 N7 o
10.7.3轴向刚度计算191 9 L2 o% e, ^3 M$ y, C3 T9 R8 I; q
10.7.4膨胀节的压力试验191 ) [: g; }+ o6 ?; _6 P, b# }0 _
参考文献191 ! b. c2 V Q& m4 L
第11章 对多层容器有关问题的简单介绍192 / ]2 b$ ?8 l e2 o! o2 [! L: O7 Q
参考文献195
; a' G: I7 d4 Q- \) U第12章 制造、检验和试验中有关问题的分析196 ) ]4 b* Z! ?, J0 R0 K" d9 O
12.1冷、热加工成形196
7 Y. M2 z2 w; Q- Z12.1.1壳体在成形后允许的局部减薄区196
0 V* j" }4 |: T% K12.1.2冷成形后的热处理196 2 {; U L7 b9 w; F
12.1.3对接焊缝的布置、错边及余高197
# b! o+ }: i, {* c12.1.4圆筒、锥壳和球壳在成形后的允许偏差199 / ^ c5 I C1 w$ n$ @
12.1.5成型封头的允差201
8 z7 R. _; S* s; _0 n12.2无损检测要求202 " O" [( {2 L5 E4 g2 H& O
12.3压力试验202 1 `8 y& X: _5 z: `% j0 q7 b
12.4ASME Ⅷ-2在制造、检验和试验规定中的主要区别202 , e+ w+ q; U1 Z* E6 M: R# t
12.4.1圆筒和壳体上的局部减薄区202
- T) Z5 v! V- ~0 K7 y. P* |% K12.4.2冷成形后的热处理 203
9 q. n A" H* _5 c3 U8 J3 N2 M: p12.4.3对接焊缝的布置、错边及余高203 4 ]7 F. {0 y c
12.4.4圆筒、锥壳和球壳以及成型封头在成形后的允许偏差203 . L a1 X/ P. ]2 M; b( L+ I' t: C
12.4.5无损检测要求204 ; o( T, r& H8 y6 V
12.4.6压力试验204
3 g, P$ k* A/ h& G8 x, l参考文献204
( u0 j' H' p7 L+ I5 m; i7 L8 ?第二篇 ASME Ⅷ-2按分析设计部分分析
0 G; y5 g1 T( z9 z! ]. F) K) F$ }第13章 新版ASME Ⅷ-2按应力分析设计部分的改写背景206 ' Y. \% }2 _1 _& `9 W
13.1压力容器设计方法进展206
: @" f1 `6 q8 N# d! N13.2应力分析设计方法的由来及其总体思想207 % F; k" D; N G o$ Q8 K
13.3ASME Ⅷ2的改写背景208
, r% M. Q, @: L" O+ c13.4按规则设计和按分析设计的关系210 " M6 d: E! _% h q6 T, B
参考文献211 M2 ~) G4 o5 M# U: R" t& y
第14章 应力分类及其评定212
2 d8 M3 O7 B7 Y, [/ s& j5 G4 p% A5 G4 e14.1应力分类的力学基础212
& X7 L9 @2 D, g0 f/ x3 u! j14.1.1计算应力的方法212
- t& |. k6 q) p5 Y; S2 [% [6 ~. }14.1.2不连续应力分析213
/ C' w' H+ O; X9 Z14.2和应力分类相关的术语215
6 Z7 R# c1 e0 L7 f* C1 X14.3应力分类的基本出发点216 ( R& H. l9 l0 q$ H. k
14.4应力分类218 # S% Q8 w z0 k. {
14.4.1容器元件的应力分类218
C/ p$ V1 S( m% A$ i' S0 W, Y+ B14.4.2接管颈部中应力分类的补充要求220 4 E1 E( t# s( [- S
14.5当量应力的限制条件及其分析224 7 p" @; E3 x6 [, ?$ x# w+ M
14.5.1当量应力的推导224 & z1 K3 }. {' Y$ j
14.5.2当量应力的限制条件 225 0 H7 u0 l& I2 A
14.5.3对应力强度限制条件的分析227
" \1 |+ P3 j; b6 a. n9 m: ?14.5.4安定性分析原理（对二次应力Q的限制）228 7 K: [9 ?. ~) f/ A
14.5.5疲劳分析原理［对Pm（PL）+Pb+Pm（PL）+Pb+Q+F当量应力范围的限制］229
; _3 S; e* ]7 Q/ \' w- ?14.5.6对热应力棘轮作用的限制原理简述229
* U1 i G, q' v; |, i9 W7 U参考文献231
, [6 [3 ~8 T: p2 m6 y9 K第15章 按应力分析设计232
4 @( ^" S v7 l- F15.1防止塑性垮塌233 : e: W7 l" ?8 ?/ X+ e. X
15.1.1弹性应力分析方法234 " O% L7 _3 `" J
15.1.2极限载荷分析方法236
7 S/ ~ F1 X$ ^& I& L* \! r15.1.3弹塑性应力分析方法 238
. R+ F$ t/ U+ _( M& d15.2防止局部失效238
7 L( h! o0 I/ D15.3防止由失稳引起的垮塌240 - X6 t; a3 R" m: J
参考文献241
- ~) b T5 d- T q& r第16章 低循环疲劳设计242
# H/ t4 w+ E8 V3 O& v9 u! n16.1疲劳分析的筛分243
7 c5 O0 w6 R" N8 @16.1.1以可比较设备的经验为基础的筛分准则244
) T; j! }# t, {: j6 H16.1.2筛分方法A244
1 j% w9 q- s- l16.1.3筛分方法B245 3 |2 I7 ^& k) [9 _! {' @
16.2基于光滑试杆试验的疲劳设计曲线 246 7 C" n' c# ?% ~6 J4 [% o
16.2.1疲劳设计曲线的安全系数247 . {! @2 k) n8 K" H7 Z, f/ g: h5 \
16.2.2平均应力对疲劳设计曲线影响的调整247 # ^ F: _2 G* @5 H; p
16.2.3对温度影响的考虑248 1 o I1 z( [; u8 W) ~
16.2.4当量应力幅及其求取248 + j, z8 r/ b% ?
16.3焊接连接件的疲劳分析和用弹性应力分析方法确定当量结构应力范围 249
3 k7 _7 l* v6 f: D% n Z2 h16.4应力集中系数、疲劳强度减弱系数和开孔接管的应力指数250
- A0 l! s% i- h1 y' _6 Z! n16.5螺栓的疲劳分析253
! M' w# I: g( [16.6疲劳评定的积累损伤254
' z% ]2 i; L7 B/ j* K! ?. }16.7棘轮现象的评定254 9 }6 S7 O& M/ X, J+ w, m( B
参考文献256
& b! K ~# t# U& O; Q+ l第三篇 ASME Ⅷ-3分析 ( v8 G* }5 ]$ G
第17章 高压容器的特点及其引起的特殊考虑258
' x3 m6 a$ K5 m3 a2 G2 i17.1由于厚壁所引起的考虑258 % i6 [/ Q0 q q7 @
17.1.1采用塑性失效准则258
h7 j! J( k, D7 }' d2 k17.1.2塑性自增强设计259
% s7 Z5 M; S$ o0 O2 @+ p* N" j17.2由于采用高强度钢的考虑260 ! v" u3 T* ^! b3 L0 G$ [% S9 w
17.2.1关于材料的冲击试验 260 & N1 A" }% t; f A. b0 _" ]4 O# v
17.2.2引入“未爆先漏（Leak before burst）”的失效准则 261 - ?. s- W I `' {3 k
17.3其他有关问题263 2 }7 L J5 M8 F. o. F
参考文献263
+ X& e3 q1 I; R+ T; X$ I+ M! o |
0 Y @! ?( ^' U; Q/ f r1 c Y. Z$ r& ^5 m& i6 R$ a! C
5 i. N* A9 n) L7 U" _3 Z9 G, Q4 |
/ }5 v! ?5 K8 w' h6 R- Y& Y; U$ ?
. G2 G) E) f/ N# `. I. \9 a5 [1 A
[ 本帖最后由 niao_csu 于 2009-9-12 09:44 编辑 ] |
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发表于 2009-3-22 20:52:43
:victory: