JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
JB4732-1995
《钢制压力容器-分析设计标准》
第2号修改单
本修改单经中华人民共和国国家发展和改革委员会于2005年7月26日批准，以2005年第46号公告公布，自2005年10月1日起实施。
①第2章引用标准
增加GB19189《压力容器用调质高强度钢板》。
②表6-6
取消16MnMoD钢锻件一栏。
07MnNiCrMoVDR钢板：钢号改为“07MnNiCrMoVDR”，“钢板标准”一栏中列入“GB19189”，“注”一栏中取消“1）”
⑤第1号修改单附录F
取消F2.1（07MnCrMoVR钢板的技术要求）和F2.2（07MnNiCrMoVDR钢板的技术要求）。
③表6-7
改用新表6-7。
新表6-7
钢号
热处理状态
公称厚度，mm
最低冲击试验温度，℃
16MnD
调质
≤300
-40
20MnMoD
调质
≤300
-40
＞300～700
-30
08MnNiCrMoVD
调质
≤300
-40
09MnNiD
调质
≤300
-70
④第1号修改单表6-2
rMoVR钢板：“钢板标准”一栏中列入“GB19189”，“注”一栏中取消“1）”。
基于JB4732标准的压力容器应力分析
压力容器的静力学分析与模态分析压力容器的制造和使用都有严格规范标准，本文借助ANSYS软件对某型压力容器结构进行静力学分析与模态分析，结合压力容器分析设计标准JB4732-1995，对压力容器的应力结构进行评定，从而对压力容器结构进行强度校核。
本文所研究分析的压力容器结构如下所示，压力容器顶部开孔为非对称开孔，侧边开孔为对称开孔。
压力容器筒体外径为1218mm，总高度为4058mm，顶部接管内径为212mm，侧边接管内径为468mm，筒体壁厚为28mm。
压力容器的工作压力为3.2MPa，容器内工作温度为-25℃-55℃，整体结构材料为14Cr1Mo。
图1 压力容器结构三维模型（右图为剖视）表3.1 压力容器结构应力分析的材料参数材料弹性模量（Gpa）泊松比许用应力(MPa)14Cr1Mo 183 0.3 1403.1 有限元模型建立采用ANSYS Workbench进行静力学分析，需要先对压力容器结构进行网格划分，为提高计算精度，保证线性化应力后处理的准确性，对压力容器结构采用全六面体的网格划分，且在厚度方向上划分至少3层的网格。
网格单元类型采用高阶单元类型，在ANSYS 中的单元类型号为Solid186，Solid186单元结构如下图所示，该单元共有20个节点，单元形状为六面体，在六面体的顶点处共有8个节点，在六面体边的中点位置处共有12个节点，合计20个节点。
Solid186可以很好的适用于线性或非线性的有限元仿真分析，同时还支持塑性本构、蠕变本构等一些特殊的非线性材料。
Solid186属于实体单元，实体单元每个节点具有三个平动自由度，分别为UX，UY和UZ。
结构厚度方向上布置多层网格单元，可以很好的分析出结构在厚度方向上的应力变化梯度，提高计算精度[13]。
图2 Solid186单元类型结构图采用workbench自带的Mesh功能对压力容器结构进行网格划分，整体的网格尺寸设置为15mm，厚度方向划分三层网格。
GB150、JB4732和JBT4735的适用范围和主要区别知识讲解
奥氏体高合金钢：
ns=nts>1.5
对介质的限 制
不限
不限
不适用于盛装高度毒性或 极度危害介质的容器
设计准则
弹性失效设计准则
塑性失效设计准则和疲劳 失效设计准则，局部应力 用极限分析和安定性分析 结果来评定
一般为弹性失效设计准则 和失稳失效设计准则
应力分析方 法
以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入 应力增大系数和形状系数
不需要
是否需要
疲劳分析
不适用于需要疲劳分析的容器
需要,但有免除条件（按 载荷循环次数或应力幅提 供疲劳分析免除条件）
不适用于需要疲劳分析的
容器
设计、制造 资格要求
设计单位和制造单位应有相应的设计批准
书或制造许可证；
设计单位需取得应力分析 设计资格证书，设计文件 必须由三名具有资格证书 的分析设计人员签名；
设计、制造都无资格要
求；
检验资格要
焊接必须由持有相应类别资格的焊工担 任;无损检测必须由有相应类别资格的人 员担任
制造单位必须具有三类容 器的制造许可证；焊接必 须由持有相应类别资格的 焊工担任；无损检测必须
需无损检测的容器，应由 有无损检测资格的人员担 任;有的容器需由有考试 合格证的焊工担任
0.02MPa
-0.02MPa<pd<
0.1MPa
设计温度
按钢材允许的使用温度确定（最高为
700°C,最低为-196 °C）
低于以钢材蠕变控制其设 计应力强度的相应温度
（最高475C）
大于-20C至350C（奥 氏体高合金钢制容器和设
计温度低于-20C,但满 足低温低应力工况，且调 整后的设计温度高于- 20C的容器不受此限 制）
压力容器设计方法对比与应力分类
压力容器设计方法对比与应力分类压力容器是一种用来储存或输送高压液体或气体的装置。
设计压力容器时，需要考虑到容器的安全性和可靠性，以避免压力容器在运行过程中发生破裂或泄漏的情况。
在压力容器的设计中，有很多不同的方法和原理可以使用，而应力分类则是对应力分布进行分类的方法。
1. 材料选取：在设计压力容器时，首先需要选取合适的材料。
常用的材料有钢、铝、铜等。
不同的材料具有不同的力学性能和化学性能，因此需要根据容器的使用环境和条件选择合适的材料。
2. 结构设计：压力容器的结构设计包括容器的形状、尺寸和连接方式等。
常见的结构设计包括球形、圆柱形、椭球形等。
在设计时需要考虑容器的强度和刚度，以及容器与其他部分的连接方式。
3. 强度计算：在压力容器设计中，强度计算是非常重要的一步。
强度计算需要考虑到容器内外部的压力、温度和材料的力学性能等因素。
常见的强度计算方法包括静态强度计算、疲劳强度计算和爆破强度计算等。
4. 安全阀设计：安全阀是压力容器的重要组成部分，用于减压和释放过高的压力。
安全阀的设计需要考虑容器的工作压力、流量和温度等因素。
安全阀的选取和校验是保证压力容器安全性的关键。
二、应力分类应力分类是对压力容器中的应力分布进行分类和划分的方法。
常见的应力分类有以下几种：1. 轴向应力和周向应力：轴向应力是指容器内外表面上的拉伸或压缩应力，沿容器的轴向方向作用。
而周向应力是指容器内外表面上的剪切应力，垂直于容器轴向的方向作用。
3. 轴对称应力和非轴对称应力：轴对称应力是指容器在承受内外表面压力时，应力沿容器轴向具有对称性。
而非轴对称应力是指容器在承受内外表面压力时，应力沿容器轴向不具有对称性。
应力分类的目的是为了理解和分析容器中的应力分布情况，从而根据应力的大小和分布来确定容器的设计强度和稳定性。
应力分类也是设计和制造压力容器的基础，可以为容器的强度计算和结构设计提供重要的依据。
压力容器设计方法对比与应力分类
压力容器设计方法对比与应力分类【摘要】本文旨在探讨压力容器设计方法对比与应力分类的相关内容。
在对压力容器设计方法和应力分类进行了概述。
接着，在正文部分分别介绍了静态应力分类、动态应力分类、压力容器设计方法比较、有限元分析在压力容器设计中的应用，以及材料选择与应力分类的关系。
结论部分则总结了压力容器设计方法的选择、应力分类对设计的影响，以及未来设计的发展方向。
通过本文的阐述，读者将了解到不同的应力分类方法和设计技术，以及它们在压力容器设计中的重要性和影响，有助于指导未来压力容器设计的发展方向。
【关键词】压力容器、设计方法、应力分类、静态应力、动态应力、有限元分析、材料选择、影响、发展方向。
1. 引言1.1 压力容器设计方法对比与应力分类概述压力容器设计方法对比与应力分类是压力容器设计中非常重要的内容。
在设计压力容器时，必须考虑到不同的设计方法以及容器所受到的各种应力分类。
静态应力分类是指在压力容器内外壁上受力时没有速度或加速度的情况。
静态应力通常是由外部载荷引起的，例如内部压力、外部负载或温度变化。
在设计压力容器时，必须确保静态应力处于允许的范围内，以确保容器的安全性。
动态应力分类是指容器受到速度或加速度影响时的应力情况。
在实际运行中，压力容器可能受到冲击、振动或其他突变载荷的影响，这时容器内外壁将承受动态应力。
设计压力容器时，必须考虑到这些动态应力并采取相应的措施来减轻其影响。
压力容器设计方法比较是指不同的设计方法在设计压力容器时的优缺点和适用范围。
常用的设计方法包括经验方法、解析方法和数值模拟方法等。
不同的设计方法适用于不同的情况，设计人员需要根据具体情况选择合适的方法。
有限元分析在压力容器设计中的应用是指利用有限元分析软件对压力容器进行模拟分析，以了解容器在不同载荷条件下的应力分布和变形情况。
有限元分析可以帮助设计人员更准确地评估容器的安全性，优化设计方案。
材料选择与应力分类的关系是指压力容器所选用的材料对容器受力情况的影响。
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介备课讲稿
TOTAL 151.0 PL+Pb +Q+F＝SⅤ
≤Sa
JB4732中一般钢材的设计应力强度值Sm为下列各 值中的最低值：
（a）常温下标准抗拉强度下限值的1/2.6； （b）常温下屈服强度ReL(RP0.2)的1/1.5； （a）设计温度下屈服强度RteL(RtP0.2)的1/1.5 ；
技术，2002. [4]丁伯民.对欧盟标准EN13445基于应力分类法分析设
计的理解[J].压力容器，2007. [5]陆明万等.压力容器应力分析设计方法的进展和评述
[J].压力容器，2009. [6]叶夏妮等.应力等效线性化处理中的若干问题[J].压力
容器，2011. [7]陈小辉.基于有限元法压力容器分析设计方法的评议.
MEMBRANE 可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局 部薄膜应力。BEND可能是一次弯曲应力也可能属于二 次应力。MEM PLUS BEND根据前2者可能是一次薄膜+ 一次弯曲(1.5kSm)，也可能是一次+二次应力(3Sm)。
ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性 化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分 出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次 应力。
（3）对校核线上的应力分布作等效线性化处理，分解 出薄膜应力，弯曲应力和非线性应力；
（4）对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定 区分一次总体薄膜应力，一次局部薄膜应力，一次弯 曲应力，二次应力和峰值应力，并分别校核；
实例:球形封头裙座应力分析
图1 反应器结构简图
图2 裙座应力计算模型
应力分析结果：
校核线0-0：
校核线0-0通过筒体最大应力处，方向沿壁厚方向，远 离结构不连续处。
压力容器的分析设计
过渡区或 与筒体连 接处 平 盖 中 心 区
內
压
內
压
与 筒 体 连 接 处
內
压
局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力
PL Q
表4-15 压力容器典型部位的应力分类
接 管 接 管 壁 內 压 一次总体薄膜应力 局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 薄膜应力二次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 Pm PL Q F Q Q F Q F
4.4.2.1 应力分类
一次应力P （3）一次局部薄膜应力PL 在结构不连续区由内压或其它机械载荷产生的薄膜应力和 结构不连续效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。 作用范围是局部区域 。 具有一些自限性，表现出二次应力的一些特征，从保守 角度考虑，仍将它划为一次应力。
实例：壳体和封头连接处的薄膜应力； 在容器的支座或接管处由外部的力或力矩引起的薄膜应力。
一次总体薄膜应力强度SⅠ；
一次局部薄膜应力强度SⅡ； 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力（PL+Pb）强度SⅢ； 一次加二次应力（PL+Pb+Q）强度SⅣ； 峰值应力强度SⅤ（由PL+Pb+Q+F算得）。
4.4.3 应力强度计算
应力强度计算步骤 除峰值应力强度外 ，其余四类应力强度计算步骤为： （1）在所考虑的点上，选取一正交坐标系， 如经向、环向与法向分别用下标x 、q 、z表示， 用x、q和z表示该坐标系中的正应力， txq、txz、tzq表示该坐标系中的剪应力。 （2）计算各种载荷作用下的各应力分量，并根据定义将各 组应力分量分别归入以下的类别：一次总体薄膜应力 Pm；一次局部薄膜应力PL；一次弯曲应力Pb；二次应 力Q；峰值应力F。
4.4.3 应力强度计算
JB4732—95钢制压力容器——分析设计标准适用范围浅议
JB4732—95钢制压力容器——分析设计标准适用范围浅议张洪林
【期刊名称】《石油规划设计》
【年(卷),期】1997(008)001
【摘要】本文通过美国ＡＳＭＥⅧ（２）标准和我国ＪＮ４７３２－９５标准所规划的设计标准进行综合比较，从安全、经济、合理的角度探讨现实钢制压力容器设计所就采取的设计标准以及适用范围，并提出一些建议供设计参考。
【总页数】2页(P39-40)
【作者】张洪林
【作者单位】中国石油天然气总公司规划设计总院
【正文语种】中文
【中图分类】TH490.21
【相关文献】
1.JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》与GB150.1～150.4-2011《压力容器》的分析及比较 [J], 郜愿锋;张旭;夏金辉;吴久江
2.基于 JB4732—95规范的管板换热器有限元应力分析——“压力容器分析设计系统（ VAS2.0）”使用详解 [J], 魏洪;孙澎涛
3.JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》若干问题的说明 [J], 李建国
4.JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》若干的说明 [J], 李建国
5.JB／T4732—1995（（钢制压力容器——分析设计标准》（2005年确认）出版发行 [J],
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压力容器设计方法对比与应力分类
压力容器设计方法对比与应力分类压力容器是用于贮存或运输气体、液体或蒸汽的设备。
压力容器在化工、石油、航空航天等领域中广泛应用，因此其设计和制造至关重要。
在设计压力容器时，工程师需要考虑材料选择、设计方法和应力分类等许多因素。
本文将对不同的压力容器设计方法进行对比，并介绍常见的应力分类。
一、压力容器设计方法对比1. 牛顿法牛顿法是最简单、最常见的设计方法之一，用于计算压力容器的壁厚。
它基于材料的抗拉强度和设计压力来确定壁厚。
牛顿法适用于一些简单的压力容器设计，但对于复杂的容器来说，往往需要更加精确的方法。
2. ASME标准ASME（美国机械工程师学会）发布的压力容器设计规范是工程师设计压力容器时参考的标准之一。
ASME标准涵盖了压力容器的设计、制造、检验和安全要求，可以确保压力容器的安全性和可靠性。
ASME标准考虑了诸多因素，如材料强度、焊接、腐蚀等，适用于各种不同类型的压力容器。
3. 有限元分析有限元分析是一种先进的设计方法，通过建立复杂的数学模型来模拟压力容器在不同工况下的受力情况。
有限元分析可以更精确地计算应力分布，帮助工程师发现潜在的问题，并进行优化设计。
有限元分析需要借助计算机软件，并且对工程师的要求更高，但可以提供更加精确的设计方案。
4. 材料弹性理论材料弹性理论是一种基于材料力学性质进行压力容器设计的方法。
通过对材料的本构关系和应力应变关系进行分析，可以得到压力容器在不同载荷下的应力和变形情况。
材料弹性理论考虑了材料的非线性特性和弹塑性行为，适用于各种复杂工况下的压力容器设计。
二、应力分类在压力容器的设计和制造过程中，应力是一个非常重要的参数。
应力分类是将应力分为不同类型，并根据不同类型的应力进行分析和设计。
常见的应力分类主要有以下几种：1.轴向应力轴向应力是指垂直于截面的应力，是压力容器中常见的一种应力类型。
轴向应力的大小取决于容器的载荷和几何形状，对容器的稳定性和强度有重要影响。
压力容器的应力分析设计I压力容器的应力分类
截面中的一次弯曲应力Pb便不存在。 又由于部位C为拐角处，内压引起的薄膜应
力不应划分总体薄膜应力Pm，应分类为一次
局部薄膜应力PL。 6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
18
慕课课程：Massive Open Online Course Pressure Vessel Design 压力容器设计
6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
6
第二节 化工容器的应力分析设计
二、容器的应力分类 (一) 一次应力P (Primary stress)——一次应力还可以再分为如下三种：
一次弯曲应力Pm (Primary bending stress)
由内压或其他机械载荷作用产生的沿壁厚成线性分布的法向应力。如： 平板封头远离结构不连续区的中央部位在压力作用下产生的弯曲应力。
6.4化工容器的应力分析设计 —Ⅰ压力容器的应力分类
6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
19
由总体不连续效应产生的弯曲应力也为二次
应力(Q)，而不连续效应的周向薄膜应力应
偏保守地划为一次局部薄膜应力(PL) 。 另外由径向温差产生的温差应力已如部位A
所述，作线性化处理后分为二次应力和峰值
应力(Q+F)。因此Bl、B2和B3各部位的应力
分类为(PL+Q+F)。 6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
17
第二节 化工容器的应力分析设计
二、容器的应力分类
(3) 部位C
内压在球壳与接管中产生的应力(PL+Q)； 球壳与接管总体不连续效应产生的应力
(PL+Q)； 径向温差产生的温差应力(Q+F)；
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路径 1-1
MEMBRANE MEM＋BEND 73.80 128.7
PEAK 22.63
TOTAL 151.0
MEMBRANE 可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局 部薄膜应力。BEND可能是一次弯曲应力也可能属于二 次应力。MEM PLUS BEND根据前2者可能是一次薄膜+ 一次弯曲(1.5kSm)，也可能是一次+二次应力(3Sm)。 ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性 化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分 出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次 应力。
[7]陈小辉.基于有限元法压力容器分析设计方法的评议. 硕士论文，2010.
应力强度: 该点最大主应力与最小主应力之差 五类基本的应力强度:
S I , S II , S III , S IV
和
SV
(1) 一次总体薄膜应力强度 SⅠ (2) 一次局部薄膜应力强度 SⅡ (3) 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应（PL+Pb） 强度 SⅢ (4) 一次加二次应力（ PL+Pb +Q）强度 SⅣ (5) 峰值应力强度 SⅤ（由PL+Pb +Q+F算得）
应力强度限制 :
（1）一次总体薄膜应力强度S1
限制条件：S1≤KSm
K----载荷组合系数， K=1.0~1.25
（2）一次局部薄膜应力强度SⅡ
限制条件：SⅡ ≤1.5KSm
（3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ
限制条件：S Ⅲ ≤1.5KSm
（4）一次加二次应力强度SⅣ 限制条件：S Ⅳ ≤3Sm
（4）对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定 区分一次总体薄膜应力，一次局部薄膜应力，一次弯 曲应力，二次应力和峰值应力，并分别校核；
实例 : 球形封头裙座应力分析
图1 反应器结构简图
图2 裙座应力计算模型
应力分析结果：
（JB4732采用第三强度理论）
0-0
1-1
校核线 1-1 ：
校核线1-1通过球壳与筒体连接位置，方向沿壁厚方向。 此处由于结构连续可能会产生较大的应力强度。之后 对校核线的应力分布做等效线性化处理。
JB4732中提到：符号Pm 、 PL、Pb 、 Q和F不是只表示一个 量，而是表示σx 、 σy 、 σz 、 τxy 、 τyz 、 τzx一组共六个应 力分量。叠加是指每种分量各自分别叠加。
路径 1-1 应力分类结果：
路径 1-1 MEMBRANE 73.80 PL＝SⅡ MEM＋BEND 128.7 PL＋Pb＋Q＝SⅣ TOTAL 151.0 PL+Pb +Q+F＝SⅤ
校核线 0-0 ：
校核线0-0通过筒体最大应力处，方向沿壁厚方向，远 离结构不连续处。
圆筒壳体薄膜应力理论解： Pm＝PR/S ＝146.7MPa 与有限元结果相对误差为2.7% 球壳薄膜应力理论解： Pm＝PR/2S ＝122.1MPa 与有限元结果相对误差为0.2%
路径 0-0 MEMBRANE 150.6 Pm＝SⅡ ≤KSm MEM＋BEND 157.8 Pm＋Pb＋Q＝SⅣ ≤3Sm TOTAL 157.9 PL+Pb +Q+F＝SⅤ ≤Sa
（5）峰值应力强度SⅤ 限制条件：S Ⅴ ≤Sa
Sa----由疲劳设计曲线得到的应力幅
二、应力分类法具体操作
应力分类的原则与实施：
（1）对工程结构进行弹性分析，写出应力分析报告； （2）根据应力分布规律选择进行强度校核的各截面位 置；压力容器部件关心的应力沿壁厚的分布规律及大 小，所以取通过应力最大值点沿最小壁厚方向的校核 线，如果其他方向上的应力水平更高则应补充校核； （3）对校核线上的应力分布作等效线性化处理，分解 出薄膜应力，弯曲应力和非线性应力；
一次局部薄膜应力PL
在结构不连续区产生的薄膜应力
(二）二次应力 Q
——相邻部件的约束或结构的自身约束所引起 的正应力或切应力 基本特征：自限性
① 总体结构不连续处的弯曲应力 ② 总体热应力
（三）峰值应力 F
——由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠 加到一次加二次应力之上的应力增量
应力强度计算 :
圆角过渡处分析结果：
路径 3-3 MEMBRANE 117.8 MEM＋BEND 119.9 PEAK 33.96 TOTAL 152.5
4-4
2-2 5-5
116.8
53.60 54.00 PL＝SⅡ ≤1.5KSm
112.3
101.7 98.93 PL＋Pb＋Q＝SⅣ ≤3Sm
68.72
11.60 43.36
JB4732 钢制压力容器分析 设计应力分类过程简介
一、 JB4732 应力分类简介：
应力分类的依据: 对容器强度失效所起作用的大小
判断的依据: (1) 应力的作用区域和分布形式
(2) 应力产生的原因
(3)对失效的影响 主要的应力形式: 一次应力, 二次应力, 峰值应力
（一）一次应力 P
——平衡外加机械载荷所必须的应力 基本特征：非自限性 一次总体薄膜应力Pm 容器总体范围内存在 一次弯曲应力Pb 沿壁厚成线性分布的应力
≤1.5KSm
≤3Sm
≤Sa
JB4732中一般钢材的设计应力强度值Sm为下列各值中 的最低值：
（a）常温下标准抗拉强度下限值的1/2.6；
（b）常温下屈服强度ReL(RP0.2)的1/1.5；
（a）设计温度下屈服强度RteL(RtP0.2)的1/1.5 ；
求得筒体与封头主体Sm＝153.7MPa；裙座结构Sm1＝ 115.5MPa。
167.8
110.4 118.9 PL+Pb +Q+F＝SⅤ ≤Sa
结论：应力 校核满足要 求，设计合 理。
路径4-4
路径5-5
三、参考文献
[1]JB4732 钢制压力容器-分析设计标准[S]. [2]JB4732 钢制压力容器-分析设计标准释义[S]. [3]龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用[J].化工装备 技术，2002. [4]丁伯民.对欧盟标准EN13445基于应力分类法分析设 计的理解[J].压力容器，2007. [5]陆明万等.压力容器应力分析设计方法的进展和评述 [J].压力容器，2009. [6]叶夏妮等.应力等效线性化处理中的若干问题[J].压力 容器，2011.