当前压力容器设计规范标准有两类:一类通常称为“常规设计,"(Design by rule),例如GB150;另一类称作“分析设计”(Analysis),JB 4732即为此类标准。
压力容器的常规设计经过了长期的实践考验,简便可靠,目前仍为各国压力容器设计规范所采用。然而,常规设计也有其局限性,主要表现在以下几方面。
(1)常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理,不涉及容器的疲劳寿命问题,不考虑热应力。然而,压力容器在实际运行中所承受的载荷不但有机械载荷,往往还有热载荷,同时这些载荷还可能有较大的波动,这就使得常规设计不能胜任。例如热载荷引起的热应力对容器失效的影响是不能通过提高材料设计系数或加大厚度来有效改善的,有时厚度的增加反倒起了相反的作用,因为厚壁容器的热应力会随厚度的增加而增大;同样,由交变载荷引起的交变应力对容器的破坏作用是不能通过静载分析来做出合理评定和预防的。
(2)常规设计以材料力学及板壳薄膜简化模型的简化汁算公式为基础,确定筒体中平均应力的大小,只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围之内,则认为筒体是安全的。而对容器上结构不连续区域和某些部件,只能通过经验公式或经验系数计算,同时限制结构尺寸、形状、工作条件来保证安全。显然,这种方法是粗略的,具有局限性,不对容器上的重要区域的应力进行详细分析和精确计算,就无法对不同部位、由不同载荷引起、对容器失效有不同影响的应力施以合理的限制。同时,由于不能确定实际的应力应变水平,疲劳分析等方法手段也就难以施行。例如,在一些结构不连续的局部区域,由于影响是局部的,这里的应力即使超过材料的屈服点也不会造成容器整体强度失效,可以给予较高的许用应力。不过由于应力集中,该区域往往又是容器疲劳失效的“源区”,因此有必要进行疲劳强度校核。
(3)常规设计规范中规定了具体的压力容器结构形式,但规范中未作规定或限制应用的一些结构和载荷形式就无法采用,因此,常规设计不利于新型设备和结构的开发与使用。