摘要 应用力学在推动压力容器设计方面发挥了非常积极的作用。本文结合关于压力容器设计方法进步的真实案例，分析了应用力学对于压力容器的积极价值，并给出了推动我国压力容器设计快速发展的相关建议。
关键词 压力容器设计；应用力学；分析设计；设计规范
中图分类号TH490 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）83-0095-01
0 引言
为了推动我国压力容器的快速发展，提高我国自行设计压力容器的技术水平，我国工业领域在上个世纪70年代意识到应用力学理论对于压力容器设计的重要价值，并开始着手做相关方面的工作。经历将近40年的努力之后，我国在压力容器设计方面取得了显著的成绩和巨大的进步。
1 基于真实案例的压力容器设计方法进步分析
1.1 圆柱壳大开孔接管应力分析设计方法的进步性
在多种荷载共同作用于圆柱壳开孔接管时，又因支管与主壳相互连接的部位几何结构不连续，相贯区域产生应力集中。一旦设备发生破坏，则这些部位就成为灾害性事故的原发部位。所以迫切需要借助相关科学理论来分析圆柱壳开孔接管的应力情况。以此为基础来实现对压力容器的合理设计，才能确保压力容器安全有效地运行。不论是欧洲采用的“压力面积法”还是我国采用的“等面积补强法”，均只适用于较小开孔率且容器受内压空旷的情形下。目前在数学和应用力学理论方面需要解决的问题便是寻找大开孔率下的薄壳理论解。
经过专家多年的不懈努力，我国在薄壳理论解方面获得了相对于前人的重大突破。其表现为：首先圆柱薄壳方程采用经过修正之后的Morley方程，放弃了以往采用的简化扁壳方程。经过修正的Morley方程不仅能够有效对开孔问题进行求解，还能够保证较高的精度[1]，该解的精度提高到了薄壳理论的精度O（T/R）量级。其次以往因为精确连续条件以及复杂精确方程而导致的诸多数学难题得到了有效的克服，获得了外载和内压作用下的圆柱壳开孔接管的薄壳理论解。无论是三维有限元解，还是近年来在国际上发表的相关试验结果，均对该理论解的高度可靠性进行了有力证明。最后得到内压以及全部外载分量统一的理论解，并且该理论解的适用范围提高到[2]。
1.2 管壳式换热器管板设计方法的进步性
管壳式换热器结构比较复杂，其构成元件包括壳体、管箱、换热管、管板、垫片、螺栓以及法兰等。管板设计的科学与合理，是至关重要的。管板承受复杂荷载，主要因为：1）管板中间开着许多管孔，并与换热管焊接；管板与壳体相焊接；管板与管箱通过紧固件或者焊接的方式连接起来[3]。2）壳程和管箱内装载的流体介质进行着热交换，这两种流体介质不论是在温度方面还是在压力方面均有很大差异。3）法兰预紧力、温差荷载以及压差荷载也同时作用于管板上面。
我国专家经过大量计算工作，最终获得了管壳式换热器管板计算公式，该公式不仅比较符合实际结构的受力情况，而且在理论方面也相对严格。经过多年的工程实践证明，相对于国际上通用的美国列管式换热器制造商协会确定的（TEMA）公式，我国的计算公式在安全性、科学性与合理性上，均具有显著的优势，能够在很大程度上减薄大直径、中低压管板的设计厚度。
该公式的基本特点如下：首先把换热器看作多种元件构成的弹性体系，采用应用力学理论对其进行分析，对相应元件在实际操作工况情况下和对管板实际作用情况下的荷载情形进行了综合考虑。其次，在计算当量板的削弱系数时，每个管板单元不仅包含边界为六角形（或正方形）的孔板，还包括管孔中的圆柱壳以及连接二者的圆环。这个模型大大改善了孔板单元模型，可以详细计算管子对管板的加强作用与管孔对管板的削弱作用，从而得到合理的当量板弹性常数[4]。
2 推动我国压力容器设计保持快速发展的若干想法和建议
2.1 以科学的态度对待国外标准规范
对于国外标准规范中的设计方法，我们的态度是学习、研究，但不迷信。先搞清楚其基本的意义，力学模型。然后按照基本的力学原理与概念进行分析，对合理的加以吸收，不合理的加以摒弃。
2.2 自主创新研究必须依靠理论研究、实验工作与工程实际的结合
要在压力容器设计、规范方面做些具有我国自主知识产权的工作-理论、实验、工程三者缺一不可。没有轧实的理论研究，不可能有开创性成果。没有实验，就无从判断其正确性。科研成果必须来源于实践、又服务于工程实际否则就成为无源之水、无本之木。
3 结论
压力容器应用在国民经济的各行各业，在其领域占有十分重要的地位。作为一名压力容器研究和设计人员，应积极研究和探索更科学、更合理的设计理论和方法。从而提高我国压力容的设计水平，推动国民的经济发展。
参考文献
[1]刘健.美国AASHTO LRFD公路桥梁设计规范历史和现状[J].公路交通科技（应用技术版），2010(11)：58-59.
[2]陈士诚，周昌玉，潘林锋. 基于Kriging方法的压力容器开孔接管区结构强度可靠性分析[J].石油化工设备，2010(6)：49-51.
[3]秦叔经.压力容器标准和规范中分析设计方法的进展[J].化工设备与管道，2011(1)：145-147.
[4]李兆锋，江楠.基于有限元法对带接管压力容器的可靠性分析[J].石油化工设备，2011(1)：55-56.