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附錄1：外文翻譯
強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)與壓力容器設(shè)計(jì)和分析中使用的塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)
摘要：這篇文介紹了傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完整性評(píng)估中使用的現(xiàn)代塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的重要比較。這包括（1）簡(jiǎn)要介紹ASME鍋爐和壓力容器（B＆PV）規(guī)范中使用的傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，（2）討論傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)在用于預(yù)測(cè)壓力容器爆裂壓力時(shí)的缺點(diǎn)（3 ）對(duì)改進(jìn)傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)，技術(shù)差距和基本需求的分析，（4）比較韌性材料的強(qiáng)度理論和塑性理論，（5）評(píng)估可用的塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及其壓力預(yù)測(cè)壓力的缺點(diǎn)（ 6）對(duì)新開發(fā)的多軸屈服準(zhǔn)則的描述及其在壓力容器中的應(yīng)用，以及（7）當(dāng)頂層壓縮薄壁壓力容器的爆破壓力時(shí)，新的塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明。最后，提出了進(jìn)一步研究的建議，以改進(jìn)傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并促進(jìn)現(xiàn)代塑料流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器設(shè)計(jì)和分析。
關(guān)鍵詞：壓力容器，管道，強(qiáng)度理論，塑性流動(dòng)理論，強(qiáng)度設(shè)計(jì)，完整性評(píng)估
壓力容器是大容器，設(shè)計(jì)用于容納或輸送大體積的流體，內(nèi)部壓力大大高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。它們具有各種形狀，尺寸和操作條件，并廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆，化學(xué)反應(yīng)堆，管道，儲(chǔ)罐和油氣管道等能源和石化工程。流體可以是液體或壓縮氣體，例如原油，天然氣，汽油，氫氣，二氧化碳和其他化學(xué)或石化產(chǎn)品。許多流體是易燃的，有毒的，反應(yīng)性的，腐蝕性的或爆炸性的，因此是危險(xiǎn)的。加上高壓，如果壓力容器的設(shè)計(jì)，建造，操作，檢驗(yàn)，測(cè)試或修理設(shè)計(jì)不當(dāng)，存在潛在的危險(xiǎn)。發(fā)生了致命的事故
壓力容器開發(fā)和運(yùn)行歷史，對(duì)人類、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)都有重大影響。一般來(lái)說(shuō)，較大的閥體中的較高的操作壓力會(huì)產(chǎn)生更多的能量以在破裂中釋放并導(dǎo)致更差的后果。即使船只不易燃，反應(yīng)性或爆炸性，也存在危險(xiǎn)。例如，含有水或空氣的高壓容器在破裂時(shí)可釋放大量的能量。如果船只的內(nèi)容物易燃或有毒，其后果可能會(huì)大幅度放大。因此，壓力容器的安全性和完整性在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造，施工，運(yùn)行和安全管理方面至關(guān)重要。
通過廣泛的努力和調(diào)查，多年來(lái)一直開發(fā)出多種壓力容器技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，壓力容器設(shè)計(jì)，制造和運(yùn)行受到工程部門的監(jiān)管，并得到立法支持，如美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）鍋爐和壓力容器（B＆PV）代碼[1] .Witkin和Mraz [2]討論了壓力容器的早期設(shè)計(jì)理念和基本應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。伯恩斯坦[3]評(píng)論在美國(guó)開發(fā)的鍋爐和壓力容器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法，包括ASME B＆PV Code的演變，代碼操作，規(guī)則設(shè)計(jì)，分析設(shè)計(jì)，故障模式，強(qiáng)度理論，設(shè)計(jì)負(fù)載和代碼案例。 Spence和Nash [4]對(duì)壓力容器技術(shù)及其發(fā)展進(jìn)行了很好的回顧，其中確定了多個(gè)里程碑，為開發(fā)新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分析方法，制造，操作過程和壓力設(shè)備提供了刺激。 Hasagawa等[5]回顧了日本B＆PV代碼和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史背景，現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)。哈維[6]的專著是一本優(yōu)秀的教科書，具有基本的力學(xué)理論和各種實(shí)際使用的壓力容器的基本設(shè)計(jì)方法。參考文獻(xiàn)[7]詳細(xì)介紹了核壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)踐的技術(shù)和方法。
大多數(shù)壓力容器由易碎的金屬材料（如鑄鐵）或延性材料（如碳鋼或軟鋼）制成?；诔叽纾绻诤裥∮谥睆降?/10，或其他厚壁外殼，則壓力容器被分類為薄壁外殼。在壓力容器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，確定破壞載荷或爆破壓力對(duì)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估至關(guān)重要。除了ASMEB和PV Code采用的傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法外，還有塑料流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和許多其他分析，經(jīng)驗(yàn)或數(shù)值方法，這些方法是通過理論建模，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析。 Chistopher等人[8] Dwivedi和Kumar [9]提出了對(duì)薄壁和厚壁壓力容器的爆破壓力預(yù)測(cè)方法的綜述。 Law和Bowie [10]討論了用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸油或氣的高強(qiáng)度管線，即薄壁環(huán)流壓力容器的爆破壓力預(yù)測(cè)距離。 Zhu和Leis [11]在強(qiáng)度理論和塑性流動(dòng)理論方面對(duì)各種管線鋼進(jìn)行了一系列爆破壓力預(yù)測(cè)模型的評(píng)估。然而，到目前為止，在公共文獻(xiàn)中沒有提供對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和壓力容器設(shè)計(jì)和分析中使用的現(xiàn)代塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的比較研究。這促使了目前對(duì)壓力容器行業(yè)有利的研究，并促進(jìn)了ASME B＆PV Code的改進(jìn)。本文簡(jiǎn)要回顧了ASME B＆PV Code中傳統(tǒng)實(shí)力標(biāo)準(zhǔn)的討論，討論了傳統(tǒng)實(shí)力標(biāo)準(zhǔn)的缺陷以及改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的挑戰(zhàn)，技術(shù)差距和需求。 特別注意新技術(shù)和開發(fā)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和完整性評(píng)估方法，最近為由延性鋼制成的薄壁圓柱形壓力容器。 建議進(jìn)一步研究，以改進(jìn)壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完整性評(píng)估。
強(qiáng)度理論 - 應(yīng)用與挑戰(zhàn)
ASME B＆PV代碼中使用的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：在壓力容器設(shè)計(jì)中，假設(shè)有兩種基本的強(qiáng)度破壞模式。一種是彈性破壞，由彈性理論決定，一般適用于厚壁壓力容器。另一種是塑性破壞，受塑性理論的約束，一般適用于薄壁或中間壁壓力容器。當(dāng)材料拉伸超過彈性極限時(shí)，發(fā)生塑性變形，并且最終可能發(fā)生塑料容器破裂。與故障相關(guān)的材料性能
屈服強(qiáng)度和極限拉伸強(qiáng)度（UTS）。壓力容器通常具有多軸應(yīng)力狀態(tài)。其故障不受單一應(yīng)力分量控制，而是由容器中所有應(yīng)力分量的組合控制。為了簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)力與材料強(qiáng)度之間的關(guān)系中，利用強(qiáng)度理論來(lái)開發(fā)材料破壞準(zhǔn)則，用于預(yù)測(cè)壓力容器故障。經(jīng)常使用三種理論強(qiáng)度的計(jì)算方法：
最大主應(yīng)力理論或薄殼理論。 對(duì)于脆性材料在彈性失效中是有意義的：
最大剪切應(yīng)力理論或特雷斯卡理論。 對(duì)于塑性破壞的延性材料是適用的：
最大失真能量理論或von Mises理論。 它也用于塑性破壞時(shí)的延性材料：
在上述三個(gè)方程中，是主應(yīng)力，是Tresca有效應(yīng)力，是von Mises有效應(yīng)力，是臨界應(yīng)力，其經(jīng)驗(yàn)定義為屈服應(yīng)力和UTS的函數(shù)。如果， （2）和（3）分別對(duì)應(yīng)于Trescayield標(biāo)準(zhǔn)和von Mises屈服準(zhǔn)則。這兩種屈服準(zhǔn)則通常用于描述延性材料的塑性失效。如果r 0?ruts， （2）和（3）分別對(duì)應(yīng)于Tresca強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和von Mises強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)被稱為基于UTS的標(biāo)準(zhǔn)，并且通常用于描述延性材料的塑性塌陷。如果r 0?r流量，則Tresca標(biāo)準(zhǔn)在公式（2）被稱為管道行業(yè)經(jīng)常用于描述延性管道鋼的塑性破壞失效的流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
原始/舊的ASME B＆PV代碼通過分析使用了剛剛提到的前兩種古典強(qiáng)度理論，并沒有使用第三種。特別是，第一節(jié)第三節(jié)第一節(jié)（NC，ND和NE），第四節(jié)和第八節(jié)第1節(jié)都使用最大主應(yīng)力理論。第三節(jié)第一部分（NB分部和NC的可選部分）和第八部分第二部分使用了最大剪切應(yīng)力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。正如參考文獻(xiàn)[7]，ASME使用特雷斯卡有兩個(gè)原因標(biāo)準(zhǔn)作為通過分析程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，以預(yù)測(cè)延性鋼的塑性破壞：（a）它是保守的，（b）工程師在壓力容器設(shè)計(jì)和整體評(píng)估中使用簡(jiǎn)單。然而，普遍接受的是，von Mises標(biāo)準(zhǔn)可以更好地描述塑性變形延性材料的破壞行為。 von Mises等效應(yīng)力被認(rèn)為是對(duì)壓力容器的Tresca等效應(yīng)力的更好的故障預(yù)測(cè)因子。因此，2007年新版本的ASME B＆PV Code采用了von Mises的實(shí)力標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)[12]提出了ASME B＆PV Code-2007第八部分第2部分的綜述，并比較了ASMEB和PV代碼的新舊版本中使用的方法和許用應(yīng)力。
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算力學(xué)方法的快速發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)經(jīng)常用于工程設(shè)計(jì)和分析中，結(jié)合使用彈塑性有限元分析（FEA）對(duì)任何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜應(yīng)力和變形計(jì)算）。數(shù)學(xué)上在應(yīng)力空間中，von Mises屈服函數(shù)是連續(xù)的，可以很容易地適應(yīng)于FEA程序中的代碼，用于復(fù)雜應(yīng)力問題的數(shù)值計(jì)算。相比之下，特雷斯卡收益率函數(shù)是不連續(xù)的，難以編碼，因此，它沒有被用于任何商業(yè)的FEA軟件。例如，常用的FEA軟件ABAQUS [13]采用了von Mises金屬可塑性流動(dòng)理論。使用ABAQUS，Stonehouse等[14]通過噴嘴獲得了壓力容器的FEA數(shù)值結(jié)果，并根據(jù)分析程序的設(shè)計(jì)，對(duì)ASME B＆PV Code中的彈塑性方法進(jìn)行了分析。同樣，已經(jīng)進(jìn)行了大量的FEA計(jì)算，使用von Mises理論進(jìn)行分析。 Liu et al。 [15]和Dwivedi和Kumar [16]確定了不同薄壁壓力容器的爆破壓力，Chaaba [17]獲得了厚壁壓力容器的各種材料硬化規(guī)則的塑性倒塌壓力，Rohart等。 [18]回顧了在循環(huán)壓力下具有漸進(jìn)式（棘輪）壓力容器的不同設(shè)計(jì)方法，Abdalla等[19]計(jì)算出受彎管件彎曲的限位載荷穩(wěn)定內(nèi)壓和循環(huán)彎矩。
為確保壓力容器在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不會(huì)發(fā)生故障，ASME B＆PV規(guī)范規(guī)定了各種情況下允許的應(yīng)力極限，包括過度的彈性或塑性變形，彎曲，脆性斷裂，應(yīng)力破裂，塑性破壞，和別的。允許應(yīng)力定義為屈服強(qiáng)度或UTS的分級(jí)（或安全系數(shù)），例如屈服強(qiáng)度的2/3或1 / 3UTS或1 / 2UTS，并且這種允許應(yīng)力需要強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為了方便起見，這項(xiàng)工作直接使用應(yīng)力強(qiáng)度而不是允許的應(yīng)力，并且著重于由施加的載荷產(chǎn)生的主應(yīng)力，而不是通過應(yīng)變控制條件下結(jié)構(gòu)的自約束產(chǎn)生的次級(jí)應(yīng)力。
圓柱形外殼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 圓柱形殼體是通常用于核，化石，石油化工和石油和天然氣工業(yè)的薄壁容器。 大直徑的薄壁圓柱形容器在石油和天然氣工業(yè)中通常被稱為管道。 通過焊接連接的許多管道形成管道，以長(zhǎng)距離運(yùn)輸原油或天然氣。 圓柱殼的基本設(shè)計(jì)方法適用于管道，一般來(lái)說(shuō)，在圓柱形殼體中有兩種可能的破壞方向：縱向或圓周方向。 這取決于船舶產(chǎn)生的兩個(gè)主要應(yīng)力： 一個(gè)是環(huán)向應(yīng)力，另一個(gè)是軸向應(yīng)力。
附錄2：外文原文