1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1 课题背景

目前，压力容器所采用的标准有两大类，一种是按规则进行设计通常称为“常规设计”，如过去颁布的GB150《钢制压力容器》；另一种是按分析设计通常称为“分析设计”。JB4732就是属于此类标准；本标准提供了以弹性应力分析和塑形失效准则、弹塑性失效准则为基础的设计方法，对选材、制造、检验和验收规定了比GB150更为严格的要求。本标准鱼GB150同时实施，在满足各自要求的条件下，可选用其中之一使用。

JB4732为压力容器专业强制性标准，有全国压力容器标准化技术委员会审查通过，并由劳动部、化工部、机械部与中国石化总公司联合批准，再国家技术监督局备案，全国实施。

从设计准则上讲，本标准与常规设计的GB150标准也有原则的区别。常规设计标准均是以弹性失效准则为基准，认为容器内某最大应力点一旦进入塑性，丧失了纯弹性状态，即为失效。而分心设计标准放弃了传统的弹性失效准则，采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的弹塑性失效与塑性失效准则，允许结构出现可控制的局部塑性区、允许对峰值应力部位作有限寿命设计。合理的放松了对计算应力过严限制，适当的提高了许用应力值（即设计应力强度），但又严格的保证了结构的安全性。本标准采用的具体方法是：弹性应力分析与塑性设计准则相结合，仍采用弹性应力分析的结果，对应力进行分类，借用塑性理论的基本概念与结论进行评定，使容器近于具有等安全裕度。这里的应力是指弹性名义应力，即认为应力应变关系始终服从胡克定律，其计算应力值可能会超过屈服点，但它并非结构中的真实应力，而是弹性名义应力或称虚拟应力。本标准中所采用的塑性理论中的两个主要基本概念与结论是：A、对于静载荷情况，为保证结构的安全性，首先要计算极限载荷，当外载荷小于极限载荷时，结构的塑性变形是局部的、可控制的；当外载荷大于极限载荷时，结构将失去承载能力，产生不可控制的塑性流动而终将导致结构发生破坏。B、对于交变载荷的情况，要计算结构的安定载荷，当外载荷控制在安定载荷以下时，结构除了在初始几次加载循环中产生少量的塑性变形外，在以后的加载过程中将始终保持弹性行为，不再出现塑性变形的积累，此时可以认为寿命无限，结构不会破坏^[1]。

2钢制压力容器分析设计中应力的分类及比较

压力容器是现代化生产和人民生活中应用极为广泛的特种设备, 它广泛应用在工业、民用、军事等多个部门和科学研究的许多领域, 并起着非常重要的作用。压力容器属于国家安全监察的特种设备, 在设计、制造、安装、使用、检验过程中都必须遵守相应的法规要求。

目前钢制压力容器的设计方法有常规设计和按应力分析设计两种方法。常规设计法是以薄膜应力为基础, 以弹性失效为准则, 按规则设计, 依据第一强度理论, 限定最大薄膜应力强度不超过规定许用应力值, 对于边缘应力及峰值应力等局部应力一般不作定量计算, 相应的设计标准为GB150《钢制压力容器》。随着技术进步, 压力容器的使用条件越来越严峻, 原GB150的常规设计标准已不能完全适应, 因而制定了新的标准:JB4732 -95《钢制压力容器———分析设计标准》。该标准依据第三强度论, 采用分析设计法, 对容器的各种应力进行精确计算和分类。对不同性质的应力, 依据它们对容器安全危害性的大小, 应用安定性和极限分析法概念, 分别建立不同的强度条件予以限制;同时还考虑了循环载荷下的疲劳分析, 在设计上更合理。但该标准并不是对GB150 设计标准的否定。目前两个标准同时实施, 由用户根据容器的使用条件、使用目的等自行选择^[2]。

　2. 1　弹性补偿法( ECM) ^{[3] [4]}

弹性补偿法又名为减少模量法( Reduced Modulus Method—— RMM) , 即高应力单元的弹性模量被减小, 低应力单元的弹性模量被增加。它首先被作为一种工具用于管道系统的应力分类, 然后再被延伸应用到压力容器中。在RMM中, 弹性有限元计算的应力是通过将一个结构的模拟非弹性响应与具有一次和二次特征的理想模型进行比较而被分为一次和二次应力分量。在压力容器的应用中, 材料的无伸缩性在一个迭代有限元分析程序中被模拟, 它通过系统地减小承受最高载荷单元的弹性模量从而使应力发生重新分布。同时也注意到, 如果在RMM中所计算的最大应力能满足屈服极限,则应力场也就满足下界极限载荷理论,施加的载荷也就是容器或部件中的极限载荷的下界。再根据Tresca设计屈服准则, 一次应力p完全满足下界极限载荷理论。二次应力q具有自限性, 局部屈服和小量变形可以引起应力的重新分布, 单加一种这样的载荷不会引起结构的失效。因此, 如果一次应力加上二次应力的值太大, 需要保持安定性的残余应力在结构中就不可能生成, 连同考虑一次应力的二次应力最大许可值也就被确定与结构的安定性有关。在不考虑峰值应力的情况下, 弹性计算应力场就等于一次应力和二次应力之和。

2. 2　等效原理^[5]

根据ASME规范或文献[6]的应力分类准则,利用二维或三维弹性实体有限元分析结果,寻找可能的最大应力点并确定应力处理线(如图1所示,处理线S 上端点N2= 1表示可能的最大应力点) ,用最小二乘法或样条曲线拟合出应力分量的分布曲线, 依据静力和静力矩等效的原理进行分解以区分各类应力, 最后根据各类应力的许可值进行应力的强度评定。

2. 3　应力线性化原理^[6]

应力线性化原理是内嵌在AN SY S有限元分析软件计算结果的数据后处理中, 它首先要求选取处理线S 上的两个端点N1 和N 2 , 软件系统则在处理线上通过内插法自动生成47个插值点, 并把有限元计算结果即六个应力分量的值映射到处理线。然后运用下列计算公式进行应力分类。

3.压力容器分析设计方法

压力容器是化工和石油机械中广泛应用的承压设备，其设计和校核一直是行业发展的重要部分^[7~9]，随着科学技术的不断发展，压力容器的设计、校核方法也在不断完善。分析设计作为压力容器设计之重要方法，不仅解决了压力容器常规设计所不能解决的问题，而且使压力容器设计在观点和方法上有了一个飞跃。目前，压力容器的分析设计方法主要有应力分类法和直接法两种。应力分类法的关键是如何进行应力分类，而直接法采用极限分析、塑性分析和安定性分析的方法直接对载荷加以限制，这样不仅可以避免应力分类的困难，获得更好的结果，而且可以更真实地反应在载荷作用下压力容器的失效过程，使得设计更安全、经济。

作为一种新颖的、经济实用的压力容器设计方法，分析设计直接法提出了许多新理念、新观点，在压力容器设计领域得到了广泛地关注、接受和应用。2002 年，欧盟已在文献^[10]附录B 中引入分析设计之直接法( 以下简称直接法) ，并作为强制性附录，与应力分类法( 附录C) 并列; 2007年，美国也已在文献^[11]中全面引入数值分析工具和直接法。被世界上最具有影响力的两部压力容器规范的最新版本所采用，为该方法在压力容器设计中的应用确立了重要地位。

有限元技术的发展,使得对复杂结构采用弹塑性分析成为可能,也给采用非弹性分析设计方法带来了实现的可能。基于弹塑性理论的非弹性分析设计方法已经列入一些国家的规范和标准,如欧洲压力设备研究委员会( EPERC)于2002年5月颁布的欧盟标准EN 13445《非接触火焰压力容器》^[12]采用的应力偏量曲线方法和非线性分析方法、ASME锅炉及压力容器规范^[13]提供的非弹性分析设计方法。非弹性分析设计方法能回避弹性分析设计方法在复杂结构应力分类时的不确定性等难点,成为分析设计方法的发展趋势

我国现行的压力容器规范是以弹性失效准则为基础制定的, 采用的是第一强度理论, 设计计算公式主要以材料力学和板壳理论为基础^[14] 。其特点是比较简便易行, 但考虑问题不够全面, 也缺乏针对性。为了容器的安全运行, 一般都采用较高的安全系数。近年来, 压力容器的尺寸愈来愈大, 不仅承受高压,有时还伴随高温, 同时载荷或温度也可能产生波动。如果仍按常规设计法进行设计, 用增大容器壁厚的办法将材料控制在弹性范围内, 显然是不合理的, 也是不现实的。因此, 为了合理使用钢材, 确保压力容器在复杂苛刻条件下安全运行, 有必要采用新的设计规点———分析设计方法。

压力容器分析设计以塑性失效为准则, 采用第三强度理论。设计计算采用弹塑性理论和有限元应力分析, 安全系数比常规设计的小, 选用材料、制造和检验比常规设计要求高。一般分析设计有两种方法, 一是直接弹塑性分析法, 进行极限载荷和安定性分析。二是进行弹性名义应力分析, 对应力分类进行评定。塑性分析要分步加载迭代计算, 不同结构的载荷步设置不同, 收敛速度和精度也不同。采用塑性分析法计算时间长, 有限元计算规模小, 只能进行压力容器局部结构的分析, 对分析计算人员的要求高。对量大面广的压力容器分析设计, 主要采用弹性名义应力分析, 对应力分类进行评定^[15]。以下简述此方法中的相关内容。

参考文献李世玉.JB4732_钢制压力容器_分析设计标准_概论_上_.1995:1~2.贾泉.钢制压力容器分析设计中应力的分类及比较_张家口职业技术学院学报_23(2)_2010.6.

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2. Mackenzie D, Boyle J T. A computational procedure for calculating primary stress for the ASME Bamp; PV code. Journal of Pressure Vessel Technology. 1994:339~344.
3. 淡勇.vcm回收液分离器大开孔结构的应力分析和强应力分析和强度评定.化工机械,,1997:18~23.
4. 沈迅伟,李永生,陈建俊.筒体大开孔结构的应力分析设计法.化工机械,1992:17~22.
5. 徐新军,杨益清,孙斌,等.正交试验在压力容器设计中的应用[J].化工机械,2011,38(3):317~319.
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9. ASMEⅧ-2,ASME Boiler and Pressure Vessel Code———Alternative Rules［S］.The American Society of Mechanical Engineers,2007.
10. European Committee for Standardization ( CEN) . EN13445-3. European standard for unfired pressure vessels— Part 3: design [ S ]. 2002.
11. ASME Boiler and Pressure Vessel Committee. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section III, Rules for Construction of Nuclear Power Plant Components, 2001Edition [ S ]. New York: ASME, 2001.
12. GB150 —1998 ,钢制压力容器[ S].
13. JB4732 —1995,钢制压力容器———分析设计标准[ S].

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本次毕业论文的题目是《压力容器分析设计的认识与实践》，主要研究内容为：对压力容器分析设计的相关文献进行查阅并进行综述；对弹性力学和塑性力学理论进行研究。

该课题主要以压力容器为研究对象，选择进行压力容器的分析设计，对其受力情况等进行ANSYS应力分析，从而得出分析设计的计算结果，并与一般的设计进行对比分析出分析设计的优劣。

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

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